中協智能告訴你超聲波應用於音頻行業的幾大好處
編輯：Summy
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超聲波是一種頻率大於20000Hz的機械波，因為其頻率大於人類耳朵所能聽到的上限頻率而得名。
超聲波技術被廣泛應用於醫學、軍事、工業、農業等領域，給人們帶來了很多便利。
其在音頻行業也有很多應用，可以解決很多痛點問題，逐漸成長為音頻行業的新翹楚。
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認識超聲波
聲波是一種常見的機械波，成年人的耳朵所能聽到的聲波範圍為16Hz-20000Hz，稱為可聽聲波，為了便於記憶，一般記為20Hz-20000Hz。
其實，人耳所能聽到聲波的頻率是與年齡相關的，隨著年齡的增長，人耳所能聽到聲波頻率範圍會變小。
幼兒能聽到30000Hz～40000Hz的聲波，聽覺好的成年人能聽到的聲波頻率常在30Hz~16000Hz之間。
50歲以上的人只能聽到13000Hz的聲波，老年人則常在50Hz~10000Hz之間。
而且老年人會首先喪失對高頻信號的聽覺，並會逐漸向中頻和低頻發展，一旦發展到中頻時就會影響到交際能力。
低於20Hz的聲波稱為次聲波，而高於20000Hz的聲波則稱為超聲波。
超聲波的特點是，方向性好（與功率和頻率呈正相關關係），穿透能力強，易於獲得較集中的聲能。
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超聲波解決定向傳播問題
由於可聽聲波通常頻率較低，傳播時為球面波，因此在空氣中傳播的過程中極易衰減，傳輸距離較短。
而且當可聽聲波到達受眾時，往往聲強變得很弱，影響了語音清晰度。
超聲波具有定向的傳播特性，根據聲學理論，頻率大於20KHz的高頻信號在傳輸過程中具有良好的指向性，頻率越高其定向性越好。
如果將超聲波作為載波信號，再將音頻信號調製到高頻信號中實現在空氣中的定向傳輸，並最終在空氣中實現自解調，即可使人耳能夠聽到被還原的音頻信號。
具體地說，基於超聲波的聲波定向傳播技術，其基本原理是將可聽聲音信號調製到超聲載波信號之上，並由超聲換能器發射到空氣中。
不同頻率的超聲波在空氣傳播的過程中，由於空氣的非線性聲學效應，這些信號會發生交互作用和自解調，從而產生頻率為原超聲頻率之和（和頻）與頻率之差（差頻）的新聲波。
只要超聲波選取合適，差頻聲波則落在可聽聲區間，即20Hz-20000Hz。
這樣，藉助超聲波本身的高指向性，即實現了聲音定向傳播的過程。
20世紀 60年代Westervelt（韋斯特維爾特）和 Berktay等人發現了超聲波在空氣中非線性傳播的自解調效應。
20世紀80年代，日本Kamkura T等人成功製作了這種揚聲器裝置，從而實驗上驗實了這種原理的正確，2002年美國人Joseph則繼續推動了該項技術在實際中的應用。
目前美國、德國和日本業已開始推行應用這種技術，新加坡和中國科學院聲學研究所也正在進行這方面研究。
目前，國內包括江蘇中協在內的音頻行業領先企業，已經率先發布了基於超聲波調製的定向揚聲器陣列，很好地實現了聲波的定向傳播，並被應用於多個行業。
普通揚聲器傳播的信號是球面波，是向四面八方傳輸的，而且在傳輸的過程中會產生衰減。
而超聲波揚聲器傳播的信號是定向的，向夾角很小的同一個方向傳輸，在傳輸的過程中幾乎不會發生衰減，信號到達受眾時，可以自行解調，從而保證受眾可以聽到聲音。
由於單個超聲波揚聲器傳播角度較小，為了提升傳輸效果，可以使用多個超聲波揚聲器組成陣列，向多個不同受眾區域定向發射信號。
超聲波揚聲器實現聲音定向傳播，在很多行業有眾多應用。
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智慧舞場
隨著人民生活水平的提高，很多人尤其是老年人都喜歡在晚間去舞場跳舞，一方面可以了陶冶情操，同時也能夠交際到更多朋友，提升生活質量。
但是舞場默認使用的是普通揚聲器，因此聲波會向四面八方傳播，一旦聲音稍大，舞場周圍的人不堪其擾，有的引發了糾紛，有的則會直接報警。
採用了超聲波揚聲器進行聲音的定向傳播，建立智慧舞場，則可以很好地解決這個問題。
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公安維穩
社會的運行是一個非常複雜的過程，軍事與警察對於維護國家和人民的安全十分重要。
採用超聲波揚聲器來實現定向強聲傳輸，可以驅逐敵對分子，震懾恐怖分子，為國家、社會和人民提供新型高科技安防設備，大大提升了民眾的安全感。
只有維護社會的穩定才能保證平安，而維穩系統的工作人員在與社會極端分子進行對話時，通過超聲波揚聲器進行定向傳播，可以提高交流的效率，有效地化解矛盾。
超聲波揚聲器也可以應用在監獄安防、海上執法、邊境防衛、主權宣誓等場合。
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博物館、文化館
博物館、文化館是文化的載體，也是保護和傳承人類文明的重要殿堂。
中國博物館、文化館事業已有100多年的歷史，成為中國歷史和輝煌文化的記錄者，也是中國人民理解歷史、思考當下、開啟未來的見證者。
在博物館和文化館等場景，超聲波揚聲器也有用武之地。這些場景的特點是，環境複雜，雜訊較大。
有時，講解者的聲音通過普通的揚聲器會很快衰減，而通過超聲波定向揚聲器，則可以將自己要表達的內容向指定區域傳播（比如僅向自己的旅行團），提升了效率。
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銀行金融
銀行營業廳和ATM機的語音提示聲音往往會播放一些敏感信息，這些信息是僅能傳達給特定的人。
同時，對等候區的客戶定向廣播，而當有特殊情況發生時，警報聲或通知也只需要傳達給相關的工作人員和保安人員。
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超市、專賣店
超市、專賣店的商品介紹，可以在多個特定的區域進行同時播放，營造清靜的購買環境，可以吸引消費者購買，也能夠使聲音不會侵犯到他人的空間。
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教育、養老院
教育行業的學生，尤其是小學生，注意力不容易集中，關注度不夠好，通過超聲波揚聲器對其進行定向傳播內容，可以激發他們的學習興趣，提高學習成績。
養老院里有不少老人，他們中間有很多人有聽覺障礙，通過超聲波揚聲器對其進行定向傳播，可以提升聽力，提高老人們的獲得感與幸福感。
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超聲波解決聲反饋問題
擴聲系統可分為四類：室內擴聲系統、廳堂擴聲系統、公共廣播系統和專用會議系統。
室內擴聲系統的應用場景隨處可見，最為常見的有：學校里某個班級，幾十名學生在一起上課；培訓機構里一對多上小課等。
廳堂擴聲系統和室內擴聲系統比較類似，廳堂擴聲系統應用空間要大得多，比如：
大學裡一個專業甚至是一個院系在一起上公共課，某黨總支或黨組黨員集中在一起召開會議，學習黨的理論知識，某機關專業工程人員聚在一起開會，布置新的工作任務等。
室內擴聲系統與公共廣播系統和專用會議系統有共同點，它們一般都由麥克風、功率放大器、揚聲器「三大件」組成。
實際都會使用調音台/均衡器，對信號進行高低音調節、潤色、混合等處理，以保證音質完美。
但是它們之間的區別也顯而易見，公共廣播系統注重的是「到達」，只要廣播的內容能夠被傳輸到揚聲器就可以了。
而且麥克風和功率放大器、揚聲器在不同的房間，因此不會產生聲反饋、自激和嘯叫；
專用會議系統也叫音響會議系統，它和室內擴聲系統，在關注「到達」的同時，往往注重的是「音質」；
在室內擴聲系統和廳堂擴聲系統中，麥克風、功放和揚聲器一般在較近的空間里（比如一個房間內），很容易產生聲反饋、自激和嘯叫，必須要進行反饋抑制。
此時必須要添加反饋抑制器，但是目前反饋抑制器的效果都不是很好。
在上述超聲波揚聲器陣列的基礎上，再加上功率放大器和麥克風，即可組成一種基於超聲波定向傳輸的室內擴聲系統。
此室內擴聲系統最大的特點是無需反饋抑制器，並不會產生嘯叫現象，很好地解決了傳統室內擴聲系統的「頑疾」。
其原理非常簡單，麥克風用於將採集的音頻信號發送到功率放大器，進行音頻信號的放大。
超聲波揚聲器將音頻信號作為基帶信號對載波進行調製，並將調製後的超聲波向受眾區域定向發射，到達受眾時會自解調為可聽聲波。
由於是定向傳播，因此聲波不會進入麥克風，不會形成聲反饋，無需反饋抵制器也不會產生嘯叫現象。
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超聲波解決麥克風靈敏度問題
在室內擴聲系統和廳堂擴聲系統中，麥克風、功放和揚聲器一般在較近的空間里（比如一個房間內），很容易產生聲反饋、自激和嘯叫。
由於容易產生嘯叫問題，因此麥克風靈敏度往往較低，演講者與麥克風超過1米之後，麥克風便無法拾音，演講者只能固定在一定的範圍內。
如果使用超聲波進行聲波的定向傳播，聲波不會進入麥克風，就不會形成聲反饋，也不會產生嘯叫現象。
這樣，麥克風的靈敏度可以得以提高，比如[-45dB，-38dB]之間，由於麥克風的靈敏度較高，麥克風拾取聲音的範圍將會變得較大，比如5米，這樣演講者活動的範圍也就會相應變大。
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