超聲波定向揚聲器在民用領域中的創新應用和技術特性分析

孫 然

泰戈特(天津)工業技術有限公司

超聲波定向揚聲器在民用領域中的創新應用和技術特性分析

孫 然

泰戈特(天津)工業技術有限公司

超聲波聲頻定向傳播技術是讓聲音以波束形式在一定方向傳播的新聲源技術。本文簡單介紹了采用此技術的超聲波定向揚聲器在全球民用領域中的兩種創新應用方向，以及對世界各國同類熱門產品的技術特性介紹和分析，供行業內人士參考借鑒。

超聲波定向揚聲器；發展創新；選型分析

超聲波定向揚聲器利用超聲波在空氣中的非線性交互作用，產生高指向性自解調可聽聲，從而實現聲頻的定向傳播[1]。超聲波在空氣中傳播過程具有指向性好、穿透力強、功率大等優點，滿足人們對聲音傳播的方向、位置、區域等特殊需求，實現聲音的定向、定點發聲。例如：在很小的角度范圍內，正對揚聲器的方向能夠聽到清晰的聲音，而在其他方向或區域聽不到任何對應的聲音[2]。近年來，該調制技術已經非常成熟且易于實現，大大降低了此類設備進入民用領域的門檻。因而，超聲波定向揚聲器可廣泛應用于家居、通訊、交通、商業、大型會議、環保等廣泛的民用領域，給人們的日常生活工作帶來全新體驗，推動相關科技產業發展[3]。

1 超聲波定向揚聲器在民用領域中的創新應用

1.1 語音提示交通系統

為了防止交通事故的發生和彌補上述警告方式的不足，可以在關鍵交通地段采用紅外感應系統和超聲波定向音響提示音廣播系統進行配合使用的方式進行改善。將此系統安裝在人行橫道和一般人行道之間，采用紅外傳感器感應行人。在紅燈亮起時，如有行人經過，聯動觸發超定向揚聲器向行人位置播放語音提示。在發生觸發條件的瞬間，聲音突然發射，且不受其他任何噪音的干擾，只對當事人播放語音提示，起到很強的警示作用。此系統還可以應用于公交車、地鐵、城鐵等公共交通工具到站提示，令不同區域等待人群時刻了解自己需求的對應站點和到站時間等信息，從而提升公共交通運營效率。此類測試項目，韓國走在世界的前列，自2015年以來，韓國警察廳已經制定了針對此類交通系統規格的國家標準和安裝方式的國家標準，并在全國范圍內幾十處試點安裝并投入使用。

1.2 環繞條形音響系統

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、電腦等外部設備，具備可移動和安裝便捷等優點。但因其物理結構約束，在環繞立體聲效果方面很難和傳統音響抗衡。此問題將在很長的時間內成為制約條形音響取代傳統音響的關鍵因素。

2 主流超聲波定向揚聲器產品的技術特性分析

2.1 主流品牌超聲波定向揚聲器產品概況

(見表1)

2.2 主流品牌超聲波定向揚聲器技術特性分析

JD SOLUTION產品采用壓電陶瓷的蜂窩形和圓形超聲波震蕩結構。對比其他各國知名品牌同類產品價格較低，性價比較高，指向性指標較高，聲輻射相對均勻，造型新穎精致且緊湊。此外，產品大小和形狀可以根據客戶的不同需求進行設計和訂單生產，有較強的可塑性，可以和其他產品進行結合，可廣泛應用于交通、場館、家庭影院等多用途場景。例如：可以嵌入三星或LG生產的條形音響，增強人聲的指向性。

表1

Sonic Beam是美國Brown Innovations公司的產品，究其性能指標和測試數據觀察，這款產品是所有公司產品中性能最好的，但其產品以條形揚聲器為主，尺寸相對較大，價格也是所有同類產品中最貴的，外形為其多用途應用限定了條件。其應用方向更加適合高端商務客戶追求高質量高清晰度定向效果、性能要求較高的產品展示和高級家庭定向音響使用。

Audio Spotlight是美國Holosonic公司的產品，此公司業內知名度很高，是最早將超聲波定向揚聲器商品化生產的廠家。此產品采用壓電薄膜的超聲波震蕩結構，因此在生產中可以做出很薄的產品，但在主要競爭對手中其聲壓最低，價格較高。其聲輻射指向性很好，但均勻性不佳。其接口豐富支持藍牙、microSD卡等多種播放形式。可用于ATM機、家庭、圖書館、醫院等相對距離較近的室內環境中使用。

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構，其聲壓相對較低，從測試指標分析，聲波從起點就開始逐步擴散，其指向性相對較差，性價比一般。

Acouspade是斯洛文尼亞Ultrasonic公司的主打產品，采用壓電陶瓷的蜂窩形和圓形超聲波震蕩結構。通過測試數據觀察，其不同頻率的聲輻射不夠均勻，在1Khz頻段出現聲壓降低，而在10KHz頻段輸出了最大聲壓。總體分析，其整體音頻輸出質量較低。但其售價相對最低，適合預算較低對性能指標要求不算苛刻的項目或環境中使用。

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

[2]張淑慧.淺談超聲波定向發聲器原理及應用[J].科技向導，2014 (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[J].科技向導，2014(20)：258，263

孫然(1982—)，男，天津武清區人，軟件工程碩士、工學、經濟學雙學士，研究方向為企業信息化選型、開發及實施，信息服務工程外包，弱電工程設計與實施。