如何實現(xiàn)聲音定向傳播？與三種技術方法及未來應用領域

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，在同一個環(huán)境中，只有指定的接收者才能聽到聲音。

——匡正 中國科學院聲學研究所博士

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

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，可在人耳周圍形成一個“聲音口袋”，并通過超聲波來傳輸音頻信息，實現(xiàn)聲音的定向傳播。用戶無需佩戴耳機，就能聽到360度環(huán)繞立體聲，而身旁的人則聽不到這些聲音。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，在同一個環(huán)境中，只有指定的接收者才能聽到聲音?！敝袊茖W院聲學研究所博士匡正告訴科技日報記者。

3種技術手段可實現(xiàn)聲音指哪兒傳哪兒

匡正介紹，目前來講，能實現(xiàn)聲音定向傳播的技術手段主要有3種。

第一種是聚音罩技術，即在高頻揚聲器上加裝一個半球形的罩子，阻擋聲波自由擴散。人在聚音罩下方就可清楚地聽到聲音，而在聚音罩外是幾乎聽不到聲音的，這種設備的外形與臺燈燈罩很相似。

第二種是揚聲器陣列技術，即首先將大量的揚聲器組成陣列，通過提取出每個揚聲器的聲音信號，并將聲音信號按照一定方式組合起來，最后對這些信號進行處理，以增強特定位置或特定方向的聲音信號。這項技術常被用在聲吶、雷達等設備上。

第三種是一種基于超聲的聲頻定向傳播技術，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。這種技術簡單可靠、效果最好。

“基于超聲波的聲頻定向傳播技術，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。其基本原理是將可聽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，會發(fā)生交互作用和自解調(diào)，進而產(chǎn)生頻率為原超聲頻率之差（差頻）的新聲波。”匡正說，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指定對象了。

未來有望在多個領域發(fā)揮作用

“日常生活中，我們可能見過這類技術的應用，比如基于聲音定向傳播技術的音響產(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。

同時，聲音定向傳播技術還能解決廣場舞噪音擾民難題?！奥曇舳ㄏ騻鞑ゼ夹g，可使廣場舞配樂聲音不再呈發(fā)散性傳播，而是局限在一個相對獨立的聲場內(nèi)?！碧K州清聽聲學科技有限公司負責人栗振對科技日報記者說。

此外，在行業(yè)應用方面，展示展覽行業(yè)是使用聲音定向傳播技術較多的行業(yè)之一。在博物館、文化館、企業(yè)展廳、大型展會等場所，工作人員通過應用聲音定向傳播技術，可實現(xiàn)定向分區(qū)語音講解、定向語音導覽等功能，還可使多個音箱同步工作而不會互相干擾、各個音區(qū)處在相對獨立狀態(tài)。

匡正透露，未來聲音定向傳播技術還有望在我國交通領域發(fā)揮巨大作用。通過升級該技術的算法、優(yōu)化指向性角度等方面的數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)交通場景安全警示聲音的定向傳播。該技術可被應用在高速公路、隧道等需要實施精準語音預警的場景中，以降低交通事故的發(fā)生率。
編輯：lyn