干货 | 中协智能告诉你超声波应用于音频行业的几大好处

　　超声波是一种频率大于20000Hz的机械波，因为其频率大于人类耳朵所能听到的上限频率而得名。

　　超声波技术被广泛应用于医学、军事、工业、农业等领域，给人们带来了很多便利。

　　其在音频行业也有很多应用，可以解决很多痛点问题，逐渐成长为音频行业的新翘楚。

认识超声波

　　声波是一种常见的机械波，成年人的耳朵所能听到的声波范围为16Hz-20000Hz，称为可听声波，为了便于记忆，一般记为20Hz-20000Hz。

　　其实，人耳所能听到声波的频率是与年龄相关的，随着年龄的增长，人耳所能听到声波频率范围会变小。

　　幼儿能听到30000Hz～40000Hz的声波，听觉好的成年人能听到的声波频率常在30Hz~16000Hz之间。

　　50岁以上的人只能听到13000Hz的声波，老年人则常在50Hz~10000Hz之间。

　　而且老年人会首先丧失对高频信号的听觉，并会逐渐向中频和低频发展，一旦发展到中频时就会影响到交际能力。

超声波解决定向传声问题

　　由于可听声波通常频率较低，传播时为球面波，因此在空气中传播的过程中极易衰减，传输距离较短。

　　而且当可听声波到达受众时，往往声强变得很弱，影响了语音清晰度。

　　超声波具有定向的传播特性，根据声学理论，频率大于20KHz的高频信号在传输过程中具有良好的指向性，频率越高其定向性越好。

　　如果将超声波作为载波信号，再将音频信号调制到高频信号中实现在空气中的定向传输，并最终在空气中实现自解调，即可使人耳能够听到被还原的音频信号。

　　具体地说，基于超声波的声波定向传播技术，其基本原理是将可听声音信号调制到超声载波信号之上，并由超声换能器发射到空气中。

　　不同频率的超声波在空气传播的过程中，由于空气的非线性声学效应，这些信号会发生交互作用和自解调，从而产生频率为原超声频率之和(和频)与频率之差(差频)的新声波。

　　只要超声波选取合适，差频声波则落在可听声区间，即20Hz-20000Hz。

　　这样，借助超声波本身的高指向性，即实现了声音定向传播的过程。

　　20世纪 60年代Westervelt(韦斯特维尔特)和 Berktay等人发现了超声波在空气中非线性传播的自解调效应。

　　20世纪80年代，日本Kamkura T等人成功制作了这种扬声器装置，从而实验上验实了这种原理的正确，2002年美国人Joseph则继续推动了该项技术在实际中的应用。

　　目前美国、德国和日本业已开始推行应用这种技术，新加坡和中国科学院声学研究所也正在进行这方面研究。

　　目前，国内包括江苏中协在内的音频行业领先企业，已经率先发布了基于超声波调制的定向扬声器阵列，很好地实现了声波的定向传播，并被应用于多个行业。

　　普通扬声器传播的信号是球面波，是向四面八方传输的，而且在传输的过程中会产生衰减。

　　而超声波扬声器传播的信号是定向的，向夹角很小的同一个方向传输，在传输的过程中几乎不会发生衰减，信号到达受众时，可以自行解调，从而保证受众可以听到声音。

　　由于单个超声波扬声器传播角度较小，为了提升传输效果，可以使用多个超声波扬声器组成阵列，向多个不同受众区域定向发射信号。

超声波扬声器实现声音定向传播，在很多行业有众多应用。

　　低于20Hz的声波称为次声波，而高于20000Hz的声波则称为超声波。

　　超声波的特点是，方向性好(与功率和频率呈正相关关系)，穿透能力强，易于获得较集中的声能。

智慧舞场

　　随着人民生活水平的提高，很多人尤其是老年人都喜欢在晚间去舞场跳舞，一方面可以了陶冶情操，同时也能够交际到更多朋友，提升生活质量。

　　但是舞场默认使用的是普通扬声器，因此声波会向四面八方传播，一旦声音稍大，舞场周围的人不堪其扰，有的引发了纠纷，有的则会直接报警。

　　采用了超声波扬声器进行声音的定向传播，建立智慧舞场，则可以很好地解决这个问题。

公安维稳

　　社会的运行是一个非常复杂的过程，军事与警察对于维护国家和人民的安全十分重要。

　　采用超声波扬声器来实现定向强声传输，可以驱逐敌对分子，震慑恐怖分子，为国家、社会和人民提供新型高科技安防设备，大大提升了民众的安全感。

　　只有维护社会的稳定才能保证平安，而维稳系统的工作人员在与社会极端分子进行对话时，通过超声波扬声器进行定向传播，可以提高交流的效率，有效地化解矛盾。

　　超声波扬声器也可以应用在监狱安防、海上执法、边境防卫、主权宣誓等场合。

博物馆、文化馆

　　博物馆、文化馆是文化的载体，也是保护和传承人类文明的重要殿堂。

　　中国博物馆、文化馆事业已有100多年的历史，成为中国历史和辉煌文化的记录者，也是中国人民理解历史、思考当下、开启未来的见证者。

　　在博物馆和文化馆等场景，超声波扬声器也有用武之地。这些场景的特点是，环境复杂，噪声较大。

　　有时，讲解者的声音通过普通的扬声器会很快衰减，而通过超声波定向扬声器，则可以将自己要表达的内容向指定区域传播(比如仅向自己的旅行团)，提升了效率。

银行金融

　　银行营业厅和ATM机的语音提示声音往往会播放一些敏感信息，这些信息是仅能传达给特定的人。

　　同时，对等候区的客户定向广播，而当有特殊情况发生时，警报声或通知也只需要传达给相关的工作人员和保安人员。

超市、专卖店

　　超市、专卖店的商品介绍，可以在多个特定的区域进行同时播放，营造清静的购买环境，可以吸引消费者购买，也能够使声音不会侵犯到他人的空间。

教育、养老院

　　教育行业的学生，尤其是小学生，注意力不容易集中，关注度不够好，通过超声波扬声器对其进行定向传播内容，可以激发他们的学习兴趣，提高学习成绩。

　　养老院里有不少老人，他们中间有很多人有听觉障碍，通过超声波扬声器对其进行定向传播，可以提升听力，提高老人们的获得感与幸福感。

超声波解决声反抑问题

　　扩声系统可分为四类：室内扩声系统、厅堂扩声系统、公共广播系统和专用会议系统。

　　室内扩声系统的应用场景随处可见，最为常见的有：学校里某个班级，几十名学生在一起上课;培训机构里一对多上小课等。

　　厅堂扩声系统和室内扩声系统比较类似，厅堂扩声系统应用空间要大得多，比如：

　　大学里一个专业甚至是一个院系在一起上公共课，某党总支或党组党员集中在一起召开会议，学习党的理论知识，某机关专业工程人员聚在一起开会，布置新的工作任务等。

　　室内扩声系统与公共广播系统和专用会议系统有共同点，它们一般都由麦克风、功率放大器、扬声器“三大件”组成。

　　实际都会使用调音台/均衡器，对信号进行高低音调节、润色、混合等处理，以保证音质完美。

　　但是它们之间的区别也显而易见，公共广播系统注重的是“到达”，只要广播的内容能够被传输到扬声器就可以了。

　　而且麦克风和功率放大器、扬声器在不同的房间，因此不会产生声反馈、自激和啸叫;

　　专用会议系统也叫音响会议系统，它和室内扩声系统，在关注“到达”的同时，往往注重的是“音质”;

　　在室内扩声系统和厅堂扩声系统中，麦克风、功放和扬声器一般在较近的空间里(比如一个房间内)，很容易产生声反馈、自激和啸叫，必须要进行反馈抑制。

　　此时必须要添加反馈抑制器，但是目前反馈抑制器的效果都不是很好。

　　在上述超声波扬声器阵列的基础上，再加上功率放大器和麦克风，即可组成一种基于超声波定向传输的室内扩声系统。

　　此室内扩声系统最大的特点是无需反馈抑制器，并不会产生啸叫现象，很好地解决了传统室内扩声系统的“顽疾”。

　　其原理非常简单，麦克风用于将采集的音频信号发送到功率放大器，进行音频信号的放大。

　　超声波扬声器将音频信号作为基带信号对载波进行调制，并将调制后的超声波向受众区域定向发射，到达受众时会自解调为可听声波。

　　由于是定向传播，因此声波不会进入麦克风，不会形成声反馈，无需反馈抵制器也不会产生啸叫现象。

超声波解决麦克风灵敏问题

　　在室内扩声系统和厅堂扩声系统中，麦克风、功放和扬声器一般在较近的空间里(比如一个房间内)，很容易产生声反馈、自激和啸叫。

　　由于容易产生啸叫问题，因此麦克风灵敏度往往较低，演讲者与麦克风超过1米之后，麦克风便无法拾音，演讲者只能固定在一定的范围内。

　　如果使用超声波进行声波的定向传播，声波不会进入麦克风，就不会形成声反馈，也不会产生啸叫现象。

　　这样，麦克风的灵敏度可以得以提高，比如[-45dB，-38dB]之间，由于麦克风的灵敏度较高，麦克风拾取声音的范围将会变得较大，比如5米，这样演讲者活动的范围也就会相应变大。