如何實(shí)現(xiàn)聲音定向傳播？與三種技術(shù)方法及未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域

所謂聲音的定向傳播，通俗地理解，就是讓聲音像光一樣傳播，使其具有高度指向性，在同一個(gè)環(huán)境中，只有指定的接收者才能聽(tīng)到聲音。

——匡正 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所博士

如今，看電影成為很多人的重要娛樂(lè)活動(dòng)之一。在影院看電影時(shí)，我們能感覺(jué)到聲音從左邊、右邊、后邊，甚至從頭頂傳進(jìn)耳朵。這種能使聲音具有空間方向感的技術(shù)被稱為環(huán)繞聲技術(shù)。

除了能環(huán)繞傳播，聲音是否能定向傳播呢？答案是肯定的。

去年年底，以色列一家科技公司宣布其正在研發(fā)一款名為SoundBeamer 1.0的新產(chǎn)品，該產(chǎn)品能通過(guò)內(nèi)置的3D傳感模塊定位和跟蹤用戶耳朵的位置，可在人耳周?chē)纬梢粋€(gè)“聲音口袋”，并通過(guò)超聲波來(lái)傳輸音頻信息，實(shí)現(xiàn)聲音的定向傳播。用戶無(wú)需佩戴耳機(jī)，就能聽(tīng)到360度環(huán)繞立體聲，而身旁的人則聽(tīng)不到這些聲音。順利的話，這款產(chǎn)品將于2021年底上市。

聲音是如何實(shí)現(xiàn)定向傳播的呢？

“所謂聲音的定向傳播，通俗地理解，就是讓聲音像光一樣傳播，使其具有高度指向性，在同一個(gè)環(huán)境中，只有指定的接收者才能聽(tīng)到聲音?！敝袊?guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所博士匡正告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

3種技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)聲音指哪兒傳哪兒

匡正介紹，目前來(lái)講，能實(shí)現(xiàn)聲音定向傳播的技術(shù)手段主要有3種。

第一種是聚音罩技術(shù)，即在高頻揚(yáng)聲器上加裝一個(gè)半球形的罩子，阻擋聲波自由擴(kuò)散。人在聚音罩下方就可清楚地聽(tīng)到聲音，而在聚音罩外是幾乎聽(tīng)不到聲音的，這種設(shè)備的外形與臺(tái)燈燈罩很相似。

第二種是揚(yáng)聲器陣列技術(shù)，即首先將大量的揚(yáng)聲器組成陣列，通過(guò)提取出每個(gè)揚(yáng)聲器的聲音信號(hào)，并將聲音信號(hào)按照一定方式組合起來(lái)，最后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，以增強(qiáng)特定位置或特定方向的聲音信號(hào)。這項(xiàng)技術(shù)常被用在聲吶、雷達(dá)等設(shè)備上。

第三種是一種基于超聲的聲頻定向傳播技術(shù)，即把聲音調(diào)制到超聲波上，再發(fā)送到空氣中，利用空氣的非線性自解調(diào)，產(chǎn)生定向聲音。這種技術(shù)簡(jiǎn)單可靠、效果最好。

“基于超聲波的聲頻定向傳播技術(shù)，是一種可使聲音以波束形式在一定方向傳播的新型聲頻技術(shù)。其基本原理是將可聽(tīng)聲波搭載到超聲波上，并利用超聲換能器，將聲波發(fā)射到空氣中。不同頻率的超聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生交互作用和自解調(diào)，進(jìn)而產(chǎn)生頻率為原超聲頻率之差（差頻）的新聲波。”匡正說(shuō)，如果超聲波選取合適，那么新產(chǎn)生的差頻聲波則可落在可聽(tīng)聲區(qū)域，再借助超聲波自身具有的高指向性，這一新聲波就可順利送達(dá)指定對(duì)象了。

未來(lái)有望在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用

“日常生活中，我們可能見(jiàn)過(guò)這類技術(shù)的應(yīng)用，比如基于聲音定向傳播技術(shù)的音響產(chǎn)品。其發(fā)出的聲音一般在聲源正前方區(qū)域呈扇形傳播。聲源正前方音量通常最高，在正向傳播距離內(nèi)，音量逐步降低?！笨镎f(shuō)。

同時(shí)，聲音定向傳播技術(shù)還能解決廣場(chǎng)舞噪音擾民難題。“聲音定向傳播技術(shù)，可使廣場(chǎng)舞配樂(lè)聲音不再呈發(fā)散性傳播，而是局限在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的聲場(chǎng)內(nèi)?！碧K州清聽(tīng)聲學(xué)科技有限公司負(fù)責(zé)人栗振對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說(shuō)。

此外，在行業(yè)應(yīng)用方面，展示展覽行業(yè)是使用聲音定向傳播技術(shù)較多的行業(yè)之一。在博物館、文化館、企業(yè)展廳、大型展會(huì)等場(chǎng)所，工作人員通過(guò)應(yīng)用聲音定向傳播技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)定向分區(qū)語(yǔ)音講解、定向語(yǔ)音導(dǎo)覽等功能，還可使多個(gè)音箱同步工作而不會(huì)互相干擾、各個(gè)音區(qū)處在相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)。

匡正透露，未來(lái)聲音定向傳播技術(shù)還有望在我國(guó)交通領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。通過(guò)升級(jí)該技術(shù)的算法、優(yōu)化指向性角度等方面的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)交通場(chǎng)景安全警示聲音的定向傳播。該技術(shù)可被應(yīng)用在高速公路、隧道等需要實(shí)施精準(zhǔn)語(yǔ)音預(yù)警的場(chǎng)景中，以降低交通事故的發(fā)生率。
編輯：lyn