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当声音有了方向-定向声波

日期:2016-10-13 07:30:43 发布者:本站

在现实世界中,想让声音具有方向是极困难的一件事。如今迈入新世纪,相关的理论与技术逐一成熟,「定向声波」的研究终于成为一门显学,「传音入密」也总算等到梦想成真的一天。


定向声波要如何产生呢?简单来说,虽然「可听声波」(人类听得见的普通声波)通常具有扩散性,但频率更高的超声波(亦称「超音波」)却不难形成集中的狭窄波束,两者的差异可用普通光线与雷射光比拟。没错,人类当然听不见超声波,好在对于任何声波而言,空气都是所谓的「非线性介质」,因此超声波会在空气中再产生可听声波,而这个可听声波就能具有很高的方向性。


一旦声音有了方向,不可思议的用途势必层出不穷,应用场景:

· 汽车里的个人喇叭:例如四人座的私家车,可在车顶装设四台定向声波发射器,车内四个人便可一边(以定向声波)欣赏各自的音乐,一边毫无障碍地(以非定向声波)彼此交谈。

· 虚拟喇叭与环场音效:固定一处的定向声波发射器,只要瞄準墙上几个角落,便能让每一个反射点产生一个「虚拟喇叭」(反射后的声波没有方向性,就好像雷射光打到墙壁会形成发散的小光点)。这项功能最适合家庭电影院、小型视听室等场所,因为只要架设一台发射器,便能模拟出逼真的环场音效;倘若再加一点机关,环场音效就能变为动态,因为移动反射点可说是轻而易举。

· 公共场所的一对一行销:利用很简单的电子装置,商店橱窗或广告看板便可先锁定附近的行人,再对他发射定向声波来推销商品,而不会对他人产生任何噪音。此外,类似装置亦可用在超级市场,用来向顾客提供各区商品的资讯。

· 展区的情境模拟:在博物馆或美术馆的各个重要展区,可利用定向声波制造不同的情境,还能包括展品的口头解说,丝毫不用担心互相干扰。参观者也不再需要耳机,即可随时随地听到口述的导览。提到耳机,目前需要即时翻译的场合都少不了这个累赘,相信定向声波很快也会将它淘汰。

· 自我推销的商品:在百货公司或商展中,只要将定向声波射到某件商品上,该商品便能「长出」一个虚拟喇叭,开始向围观的顾客自我推销。

· 机器与人的私密对话:例如用于提款机、售票机、贩卖机的语音说明。


附注:定向声波的基本原理

1. 根据物理定律,若要发出定向声波,发射器尺寸必须超过声波波长许多倍。

2. 普通的喇叭顶多半公尺宽,可闻声波的波长範围则是几公分至十几公尺,两者的比例不符合发出定向声波的条件。

3. 超声波的波长顶多几公里,如果发射器的尺寸超过10公分,两者的比例便符合发出定向声波的条件。因此可用这样大小的发射器,发射出人类听不见的定向超声波。

4. 空气对超声波而言是非线性介质,这种非线性导致定向超声波会在空气中再产生可听声波。换句话说,定向超声波成了可听声波的「隐形发射器」。

5. 身为隐形发射器的定向超声波(波束)大约呈柱状,这根隐形柱子可长达好几公尺,足以发射波长并非很长(频率并非很低)的定向可听声波。

6. 结论–定向可听声波的发射机制如下:超声波发射器发出定向超声波,由于空气介质的非线性,定向超声波会再发出定向的可听声波。

 

来源为石飞博客整理发布

 

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