超聲波定向揚(yáng)聲器在民用領(lǐng)域中的創(chuàng)新應(yīng)用和技術(shù)特性分析

孫 然

泰戈特(天津)工業(yè)技術(shù)有限公司

超聲波定向揚(yáng)聲器在民用領(lǐng)域中的創(chuàng)新應(yīng)用和技術(shù)特性分析

孫 然

泰戈特(天津)工業(yè)技術(shù)有限公司

超聲波聲頻定向傳播技術(shù)是讓聲音以波束形式在一定方向傳播的新聲源技術(shù)。本文簡單介紹了采用此技術(shù)的超聲波定向揚(yáng)聲器在全球民用領(lǐng)域中的兩種創(chuàng)新應(yīng)用方向，以及對(duì)世界各國同類熱門產(chǎn)品的技術(shù)特性介紹和分析，供行業(yè)內(nèi)人士參考借鑒。

超聲波定向揚(yáng)聲器；發(fā)展創(chuàng)新；選型分析

超聲波定向揚(yáng)聲器利用超聲波在空氣中的非線性交互作用，產(chǎn)生高指向性自解調(diào)可聽聲，從而實(shí)現(xiàn)聲頻的定向傳播[1]。超聲波在空氣中傳播過程具有指向性好、穿透力強(qiáng)、功率大等優(yōu)點(diǎn)，滿足人們對(duì)聲音傳播的方向、位置、區(qū)域等特殊需求，實(shí)現(xiàn)聲音的定向、定點(diǎn)發(fā)聲。例如：在很小的角度范圍內(nèi)，正對(duì)揚(yáng)聲器的方向能夠聽到清晰的聲音，而在其他方向或區(qū)域聽不到任何對(duì)應(yīng)的聲音[2]。近年來，該調(diào)制技術(shù)已經(jīng)非常成熟且易于實(shí)現(xiàn)，大大降低了此類設(shè)備進(jìn)入民用領(lǐng)域的門檻。因而，超聲波定向揚(yáng)聲器可廣泛應(yīng)用于家居、通訊、交通、商業(yè)、大型會(huì)議、環(huán)保等廣泛的民用領(lǐng)域，給人們的日常生活工作帶來全新體驗(yàn)，推動(dòng)相關(guān)科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。

1 超聲波定向揚(yáng)聲器在民用領(lǐng)域中的創(chuàng)新應(yīng)用

1.1 語音提示交通系統(tǒng)

為了防止交通事故的發(fā)生和彌補(bǔ)上述警告方式的不足，可以在關(guān)鍵交通地段采用紅外感應(yīng)系統(tǒng)和超聲波定向音響提示音廣播系統(tǒng)進(jìn)行配合使用的方式進(jìn)行改善。將此系統(tǒng)安裝在人行橫道和一般人行道之間，采用紅外傳感器感應(yīng)行人。在紅燈亮起時(shí)，如有行人經(jīng)過，聯(lián)動(dòng)觸發(fā)超定向揚(yáng)聲器向行人位置播放語音提示。在發(fā)生觸發(fā)條件的瞬間，聲音突然發(fā)射，且不受其他任何噪音的干擾，只對(duì)當(dāng)事人播放語音提示，起到很強(qiáng)的警示作用。此系統(tǒng)還可以應(yīng)用于公交車、地鐵、城鐵等公共交通工具到站提示，令不同區(qū)域等待人群時(shí)刻了解自己需求的對(duì)應(yīng)站點(diǎn)和到站時(shí)間等信息，從而提升公共交通運(yùn)營效率。此類測(cè)試項(xiàng)目，韓國走在世界的前列，自2015年以來，韓國警察廳已經(jīng)制定了針對(duì)此類交通系統(tǒng)規(guī)格的國家標(biāo)準(zhǔn)和安裝方式的國家標(biāo)準(zhǔn)，并在全國范圍內(nèi)幾十處試點(diǎn)安裝并投入使用。

1.2 環(huán)繞條形音響系統(tǒng)

條形音響是最近幾年興起的新型音響，每年全球市場的銷量以80%的平均速度提升。此類音響可以采用有線或無線方式連接電視、電腦等外部設(shè)備，具備可移動(dòng)和安裝便捷等優(yōu)點(diǎn)。但因其物理結(jié)構(gòu)約束，在環(huán)繞立體聲效果方面很難和傳統(tǒng)音響抗衡。此問題將在很長的時(shí)間內(nèi)成為制約條形音響取代傳統(tǒng)音響的關(guān)鍵因素。

2 主流超聲波定向揚(yáng)聲器產(chǎn)品的技術(shù)特性分析

2.1 主流品牌超聲波定向揚(yáng)聲器產(chǎn)品概況

(見表1)

2.2 主流品牌超聲波定向揚(yáng)聲器技術(shù)特性分析

JD SOLUTION產(chǎn)品采用壓電陶瓷的蜂窩形和圓形超聲波震蕩結(jié)構(gòu)。對(duì)比其他各國知名品牌同類產(chǎn)品價(jià)格較低，性價(jià)比較高，指向性指標(biāo)較高，聲輻射相對(duì)均勻，造型新穎精致且緊湊。此外，產(chǎn)品大小和形狀可以根據(jù)客戶的不同需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和訂單生產(chǎn)，有較強(qiáng)的可塑性，可以和其他產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于交通、場館、家庭影院等多用途場景。例如：可以嵌入三星或LG生產(chǎn)的條形音響，增強(qiáng)人聲的指向性。

表1

Sonic Beam是美國Brown Innovations公司的產(chǎn)品，究其性能指標(biāo)和測(cè)試數(shù)據(jù)觀察，這款產(chǎn)品是所有公司產(chǎn)品中性能最好的，但其產(chǎn)品以條形揚(yáng)聲器為主，尺寸相對(duì)較大，價(jià)格也是所有同類產(chǎn)品中最貴的，外形為其多用途應(yīng)用限定了條件。其應(yīng)用方向更加適合高端商務(wù)客戶追求高質(zhì)量高清晰度定向效果、性能要求較高的產(chǎn)品展示和高級(jí)家庭定向音響使用。

Audio Spotlight是美國Holosonic公司的產(chǎn)品，此公司業(yè)內(nèi)知名度很高，是最早將超聲波定向揚(yáng)聲器商品化生產(chǎn)的廠家。此產(chǎn)品采用壓電薄膜的超聲波震蕩結(jié)構(gòu)，因此在生產(chǎn)中可以做出很薄的產(chǎn)品，但在主要競爭對(duì)手中其聲壓最低，價(jià)格較高。其聲輻射指向性很好，但均勻性不佳。其接口豐富支持藍(lán)牙、microSD卡等多種播放形式?？捎糜贏TM機(jī)、家庭、圖書館、醫(yī)院等相對(duì)距離較近的室內(nèi)環(huán)境中使用。

Hypersound(HSS-3000)是美國Parametrics公司代表作品。采用壓電薄膜的蜂窩形超聲波震蕩結(jié)構(gòu)，其聲壓相對(duì)較低，從測(cè)試指標(biāo)分析，聲波從起點(diǎn)就開始逐步擴(kuò)散，其指向性相對(duì)較差，性價(jià)比一般。

Acouspade是斯洛文尼亞Ultrasonic公司的主打產(chǎn)品，采用壓電陶瓷的蜂窩形和圓形超聲波震蕩結(jié)構(gòu)。通過測(cè)試數(shù)據(jù)觀察，其不同頻率的聲輻射不夠均勻，在1Khz頻段出現(xiàn)聲壓降低，而在10KHz頻段輸出了最大聲壓。總體分析，其整體音頻輸出質(zhì)量較低。但其售價(jià)相對(duì)最低，適合預(yù)算較低對(duì)性能指標(biāo)要求不算苛刻的項(xiàng)目或環(huán)境中使用。

[1] 彭妙顏， 周錫韜. 定向揚(yáng)聲器系統(tǒng)特性及其在展陳建筑中的應(yīng)用[J].電聲技術(shù)，2015(39)：21-30

[2]張淑慧.淺談超聲波定向發(fā)聲器原理及應(yīng)用[J].科技向?qū)В?014 (21)：212

[3]潘建龍，張逸，劉航，童凱麟.基于超聲波的可定向傳播音響系統(tǒng)[J].科技向?qū)В?014(20)：258，263

孫然(1982—)，男，天津武清區(qū)人，軟件工程碩士、工學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)雙學(xué)士，研究方向?yàn)槠髽I(yè)信息化選型、開發(fā)及實(shí)施，信息服務(wù)工程外包，弱電工程設(shè)計(jì)與實(shí)施。