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超聲波定向音響超聲波定向音響在展廳里的應用

來源:
深圳市深層互聯科技有限公司
日期:
2022年8月18日
超聲波定向音響系統又被稱為揚聲器系統,聲束揚聲器系統或參量聲學陣列,簡稱定向揚聲器,是指具有高指向輻射特性,能夠把聲波控制在特定區域內,從而實現聲頻的定向傳播的揚聲器系統。

目前定向聲技術較成熟并已實現商品化生產的超聲波定向音響產品,主要有如下三類,前兩類產品在結構定型后,其定向輻射的各項參數是用戶不能隨意改變的。而第三類被稱為可控指向性聲柱的產品的大特點,是用戶可對其指向特性進行調節控制,在一定范圍內作出改變。

* 聲聚焦揚聲器
* 超聲揚聲器
* 可控指向性聲柱

上述幾種超聲波定向音響所具備的定向輻射特性,能在惡劣聲學環境中,達到提高語言清晰度和減少對外界環境的聲污染等功能,非常適合展廳、機場(候機樓)、大型車站、商場以及各類展陳建筑對擴聲特性的特殊要求。所謂“展陳建筑”主要指用于文物珍品的收藏和展示陳列(展陳)的場所。如各類展廳、藝術館、美術館、紀念館、科技館和文化館等。

本文主要介紹三種超聲波定向音響的結構、特性及其在展陳建筑中的應用。
1.聲聚焦揚聲器
結構和特性
聲聚焦揚聲器亦稱為聚音罩(dorm speaker)。

聲聚焦揚聲器的外形,配置透明材質直徑40~80cm的聲反射罩,采用雙拋物線的分散控制專利技術,以線性柱狀控制形式進行精確聚聲,能夠在圓頂下的柱狀范圍內聚集中、高頻段聲音,抑制相鄰區域播放的聲音的相互干擾。部分聲聚焦揚聲器還可以配置紅外感應功能,紅外傳感器控制內置的功放,當有人走近聲聚焦揚聲器下方時即自行啟動,播放出相應的語言或音樂節目,人離開后即自動停止播音。

應用
展廳,科技館等空間比較大的室內展廳

優缺點
聲聚焦揚聲器的優點是結構較簡單。其缺點是對相鄰區域聲音的隔離功能有一定局限性,尤其對低頻的聚聲效果有所遜色;體積龐大,占用空間較多,直徑大小不同,需要根據場地的大小及罩下方的人數來定制尺寸。

通過在現場體驗,同時開啟兩只揚聲器聲音就相互干擾。說明此類揚聲器起碼在間隔5~6m以上且聲壓級較低的條件下才能真正發揮其“聚焦”的優越性。另外由于此類揚聲器應用面還不是很廣,目前市場價格仍偏高。如某國產品牌(配置直徑30in透明反射罩和25w功放)報價每臺四千多元,進口產品則價格翻倍。

2.超聲揚聲器
原理及發展史
超聲揚聲器的工作原理是利用超聲波在空氣傳播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。

超聲揚聲器具有比聲聚焦揚聲器更強的指向性,根據現場親自體驗,距離指講超聲波定向音響約2m處,可以聽到清晰的、給人以“耳邊細語”感覺的聲音,而整個大廳范圍仍保持安靜;如果向左、右偏離1米就完全聽不到聲音。圖4顯示,當僅用一臺指講超聲波定向音響時,具有極窄的波束,因而具有超強的指向性。當同時使用兩臺指講超聲波定向音響作雙通道工作時(圖5),通過改變兩臺超聲波定向音響的相對位置,還可做到在一定范國內對指向性的強弱和波束的指向等參數進行調控。

典型產品
深層互聯指講?超聲波定向音響系列具備超強指向性,采用高精度人體感應技術,對比傳統人體紅外感應器大幅度提高了人體感應的準確度和靈敏度,能實現小區域、小角度精準感應。其中指講?超聲波定向音響系列里的投影型號還在行業內首次引入投影概念,通過投影圖案的方式將定向音區或互動內容展現出來,避免貼地貼影響美觀,開創了行業先河。

應用案例
長期以來,展廳等展陳建筑的展廳對各類展品的介紹說明,除了文字和圖片外,通常都依靠解說員在現場對觀眾進行分批解說。這種“羊群式”的導覽方式往往限制了觀眾的自由取舍權,且造成人流的周轉效率很低。而各類展陳建筑中較大面積的展區(展廳),通常都會同時布置多個不同展品的展柜、展臺。如果多個展項同時解說則相互干擾,效果不佳。近年開始逐步應用無線導覽機出租給觀眾,把展廳、展臺編上號,觀眾自行對號選擇收聽,還可以選擇多種不同語言。但設備價格較昂貴,要收取觀眾押金,管理繁瑣,且損壞率高。觀眾不論是手持小音箱或是用耳機收聽,都感到不方便,不自然。近年國內外部分展廳、美術館逐步推廣應用帶自動感應的超聲揚聲器播放解說詞和背景音樂。各展臺能做到基本互不影響,在一定程度上改變了“羊群式”觀展的困局,提高了整個展廳的管理水平和觀眾的周轉效率。超聲揚聲器與無線導覽機互為補充,給觀眾多一種自主導覽選擇。

由于超聲波定向音響具備超強指向性,使其適用于更廣闊的范圍,除了展廳,展廳外還廣泛應用在各類公共場所:
* 商超:顧客可按需獲取商品的專屬介紹及促銷信息。商品間地語音介紹互不影響,同時又能降低環境噪音,提高了顧客的購物體驗
* 廣告傳媒、數字標牌:提高廣告的效率,降低噪音污染
* 地鐵站、電梯:定向播放須知,避免噪音污染
* 銀行、學校、醫院、家居等:聲音及對話內容只有目標客戶可接收到,既保證了顧客的個人隱私,又不會干擾到周圍顧客

3.可控指向性聲柱
結構原理
基于傳統的聲學基礎理論-聲干涉原理制成的多揚聲器列陣稱為聲柱。聲柱的垂直平面形成一個波束,表現出較強的指向性。而在聲柱水平面,其指向性與單只揚聲器大體相同。傳統的聲柱在其結構定型后,使用者不能隨意改變其各項聲學參數。

可控指向性聲柱是傳統聲柱與現代DSP技術完美結合的產物。通過配置DSP(數字信號處理器)和內置功率放大器使聲柱實現其有價值的功能,即能按照現場聲學環境和擴聲的要求,在一定范圍內調節改變其垂直幅射波束的擴散角度、偏轉角度和波束發聲中心點的高度,還可以改變音束的數量,使揚聲器的覆蓋區能瞄準聽音者,避免激發由天花、墻壁和地面引起的混響聲,從而達到在惡劣聲學環境下提高語言清晰度并減少對外界聲污染的目標!翱煽刂赶蛐浴奔从纱说妹。

目前國內外有多家公司先后推出多種“可控指向性聲柱”產品,名稱各異,但基本設計思路相似,都是一長串小口徑揚聲器,每一個(或一組)揚聲器單元配一套DSP和一路功放。

可控指向性聲柱控制幅射波束偏轉的基本原理是“相移法”。人們日常都有這樣的體會,當一列排列整齊的士兵轉彎時,靠內的士兵慢轉,靠外的士兵快轉,中間的士兵速度介于兩者之間,一列士兵便可以形成扇形整齊地轉過來。一個線聲源亦可以用這種原理使波束偏轉。速度快慢可以在各個點聲源中分別通過DSP引入不同的延遲時間。

應用案例
可控指向性聲柱開發的目的并非要追求極其尖銳的輻射特性。它在“定向”特性的基礎上要求具備更大的聲壓級,更良好的音質,能夠在現場連接筆記本電腦或使用紅外遙控器即可調節改變其輻射特性,而這正是各類展陳建筑中迫切需要解決的聲學問題。國內外許多展廳、科技館等都建有一個高大的門廳(觀眾大堂),便于觀眾集散,團體參觀(學生)講解,甚至用作臨時會場。但這類高大門廳普遍存在外形美觀獨特而建聲條件惡劣(長混響、聲聚焦)等問題,這正好是超聲波定向音響用武之地。

目前技術比較成熟,適用于各類展陳建筑(及其他類似聲學環境的教堂、機場和大型商場等建 筑) 的超聲波定向音響主要有聲聚焦揚聲器、超聲揚聲器和可控指向性聲柱三類,被認為是解決惡劣聲學環境中提高語言清晰度和減少對外界環境的聲音污染的佳方案之一。而超聲波定向音響所具備的高指向和可控定向輻射的特性,會在更廣泛的領域中具有 廣闊的發展空間。

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