孙 然

泰戈特(天津)工业技术有限公司

超声波定向扬声器在民用领域中的创新应用和技术特性分析

孙 然

泰戈特(天津)工业技术有限公司

超声波声频定向传播技术是让声音以波束形式在一定方向传播的新声源技术。本文简单介绍了采用此技术的超声波定向扬声器在全球民用领域中的两种创新应用方向，以及对世界各国同类热门产品的技术特性介绍和分析，供行业内人士参考借鉴。

超声波定向扬声器；发展创新；选型分析

超声波定向扬声器利用超声波在空气中的非线性交互作用，产生高指向性自解调可听声，从而实现声频的定向传播[1]。超声波在空气中传播过程具有指向性好、穿透力强、功率大等优点，满足人们对声音传播的方向、位置、区域等特殊需求，实现声音的定向、定点发声。例如：在很小的角度范围内，正对扬声器的方向能够听到清晰的声音，而在其他方向或区域听不到任何对应的声音[2]。近年来，该调制技术已经非常成熟且易于实现，大大降低了此类设备进入民用领域的门槛。因而，超声波定向扬声器可广泛应用于家居、通讯、交通、商业、大型会议、环保等广泛的民用领域，给人们的日常生活工作带来全新体验，推动相关科技产业发展[3]。

1 超声波定向扬声器在民用领域中的创新应用

1.1 语音提示交通系统

为了防止交通事故的发生和弥补上述警告方式的不足，可以在关键交通地段采用红外感应系统和超声波定向音响提示音广播系统进行配合使用的方式进行改善。将此系统安装在人行横道和一般人行道之间，采用红外传感器感应行人。在红灯亮起时，如有行人经过，联动触发超定向扬声器向行人位置播放语音提示。在发生触发条件的瞬间，声音突然发射，且不受其他任何噪音的干扰，只对当事人播放语音提示，起到很强的警示作用。此系统还可以应用于公交车、地铁、城铁等公共交通工具到站提示，令不同区域等待人群时刻了解自己需求的对应站点和到站时间等信息，从而提升公共交通运营效率。此类测试项目，韩国走在世界的前列，自2015年以来，韩国警察厅已经制定了针对此类交通系统规格的国家标准和安装方式的国家标准，并在全国范围内几十处试点安装并投入使用。

1.2 环绕条形音响系统

条形音响是最近几年兴起的新型音响，每年全球市场的销量以80%的平均速度提升。此类音响可以采用有线或无线方式连接电视、电脑等外部设备，具备可移动和安装便捷等优点。但因其物理结构约束，在环绕立体声效果方面很难和传统音响抗衡。此问题将在很长的时间内成为制约条形音响取代传统音响的关键因素。

2 主流超声波定向扬声器产品的技术特性分析

2.1 主流品牌超声波定向扬声器产品概况

(见表1)

2.2 主流品牌超声波定向扬声器技术特性分析

JD SOLUTION产品采用压电陶瓷的蜂窝形和圆形超声波震荡结构。对比其他各国知名品牌同类产品价格较低，性价比较高，指向性指标较高，声辐射相对均匀，造型新颖精致且紧凑。此外，产品大小和形状可以根据客户的不同需求进行设计和订单生产，有较强的可塑性，可以和其他产品进行结合，可广泛应用于交通、场馆、家庭影院等多用途场景。例如：可以嵌入三星或LG生产的条形音响，增强人声的指向性。

表1

Sonic Beam是美国Brown Innovations公司的产品，究其性能指标和测试数据观察，这款产品是所有公司产品中性能最好的，但其产品以条形扬声器为主，尺寸相对较大，价格也是所有同类产品中最贵的，外形为其多用途应用限定了条件。其应用方向更加适合高端商务客户追求高质量高清晰度定向效果、性能要求较高的产品展示和高级家庭定向音响使用。

Audio Spotlight是美国Holosonic公司的产品，此公司业内知名度很高，是最早将超声波定向扬声器商品化生产的厂家。此产品采用压电薄膜的超声波震荡结构，因此在生产中可以做出很薄的产品，但在主要竞争对手中其声压最低，价格较高。其声辐射指向性很好，但均匀性不佳。其接口丰富支持蓝牙、microSD卡等多种播放形式。可用于ATM机、家庭、图书馆、医院等相对距离较近的室内环境中使用。

Hypersound(HSS-3000)是美国Parametrics公司代表作品。采用压电薄膜的蜂窝形超声波震荡结构，其声压相对较低，从测试指标分析，声波从起点就开始逐步扩散，其指向性相对较差，性价比一般。

Acouspade是斯洛文尼亚Ultrasonic公司的主打产品，采用压电陶瓷的蜂窝形和圆形超声波震荡结构。通过测试数据观察，其不同频率的声辐射不够均匀，在1Khz频段出现声压降低，而在10KHz频段输出了最大声压。总体分析，其整体音频输出质量较低。但其售价相对最低，适合预算较低对性能指标要求不算苛刻的项目或环境中使用。

[1] 彭妙颜， 周锡韬. 定向扬声器系统特性及其在展陈建筑中的应用[J].电声技术，2015(39)：21-30

[2]张淑慧.浅谈超声波定向发声器原理及应用[J].科技向导，2014 (21)：212

[3]潘建龙，张逸，刘航，童凯麟.基于超声波的可定向传播音响系统[J].科技向导，2014(20)：258，263

孙然(1982—)，男，天津武清区人，软件工程硕士、工学、经济学双学士，研究方向为企业信息化选型、开发及实施，信息服务工程外包，弱电工程设计与实施。