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近日，以色列一家科技公司發(fā)布了一款名為SoundBeamer1.0的新產(chǎn)品，該產(chǎn)品通過(guò)內(nèi)置的3D感應(yīng)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”。

“這是一種基于新技術(shù)的音響設(shè)備，通俗地理解，就是讓聲音的傳播像光的傳播一樣，有高度指向性，在同一個(gè)環(huán)境中，只有指定方向的接受者可以聽(tīng)到聲音，旁邊的人則聽(tīng)不到。”中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所博士匡正告訴記者。

匡正介紹，基于人們對(duì)于“聲音是分散、多向、立體傳播”的傳統(tǒng)認(rèn)知，定向傳播聽(tīng)起來(lái)很神奇，但事實(shí)上，從基礎(chǔ)研究到技術(shù)應(yīng)用，聲音定向傳播在國(guó)內(nèi)外有著悠久的歷史，并從本世紀(jì)開(kāi)始不斷出現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用。

歷史：基礎(chǔ)研究由來(lái)已久

資料顯示，對(duì)聲頻定向揚(yáng)傳播的研究最早可追溯到 18 世紀(jì)中葉人們對(duì)心理聲學(xué)中“塔爾蒂尼音調(diào)”的發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)兩個(gè)音一齊發(fā)聲時(shí)，如果聲音穩(wěn)定的話，同時(shí)發(fā)出的第三個(gè)音也是可以聽(tīng)得見(jiàn)的。塔爾蒂尼音調(diào)是一個(gè)主觀的音調(diào)，即使是兩列頻率很近的超聲波信號(hào)也可使人聽(tīng)到這種線性疊加的聲音變動(dòng)。19世紀(jì)中葉，德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲證實(shí)了兩個(gè)音調(diào)在空氣中傳播可以通過(guò)非線性作用產(chǎn)生它們的差頻與和頻信號(hào)，他的理論和公式測(cè)得的數(shù)據(jù)吻合支持了“塔爾蒂尼音調(diào)”結(jié)論的正確性。

從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，世界各國(guó)科學(xué)家對(duì)聲音定向傳播技術(shù)的研究進(jìn)入了新的階段?？镎榻B，廣義來(lái)講，定向聲技術(shù)主要有三種，一是聚音罩技術(shù)，這種技術(shù)最簡(jiǎn)單，也就是在高頻揚(yáng)聲器上罩個(gè)拋物面形的罩，人在聚音罩下方即可清楚聽(tīng)到聲音;二是揚(yáng)聲器陣列技術(shù)，這種技術(shù)用大量的揚(yáng)聲器組成陣列形成波束，使波束方向即主瓣方向能量最高;最后一種是基于超聲的聲頻定向傳播技術(shù)，即把聲音調(diào)制到超聲上發(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。

“基于超聲的聲頻定向傳播技術(shù)是一種可使聲音以波束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)聲音信號(hào)搭載到超聲載波信號(hào)之上，利用其在空氣中傳播時(shí)空氣的非線性聲學(xué)效應(yīng)，信號(hào)會(huì)發(fā)生交互作用和解調(diào)，再借助超聲波本身的高指向性，就可實(shí)現(xiàn)可聽(tīng)聲音的定向傳播。”匡正說(shuō)。

很顯然，不論是從原理、技術(shù)研發(fā)還是技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、發(fā)展前景看，基于超聲的聲頻定向傳播是時(shí)下和今后聲音定向傳播技術(shù)的發(fā)展主流。這種技術(shù)在很大程度上填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外聲學(xué)創(chuàng)新領(lǐng)域的空白，被業(yè)內(nèi)稱(chēng)為是“一項(xiàng)重大的聲學(xué)技術(shù)變革”。而從科研成果和技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在此方面的進(jìn)度并不落后，相反地，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，還走在了前列。

現(xiàn)狀：新技術(shù)新產(chǎn)品方興未艾

從2015年開(kāi)始，匡正博士領(lǐng)銜的聲學(xué)研究團(tuán)隊(duì)就致力于聲音定向傳播技術(shù)的研究和以聲音定向傳播技術(shù)為基礎(chǔ)的定向音頻解決方案研究，取得了一系列進(jìn)展，并在多個(gè)場(chǎng)景成功應(yīng)用。

匡正透露，根據(jù)發(fā)聲材料的不同，我國(guó)聲音定向傳播技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。首先是基于超聲波換能器的聲頻定向傳播技術(shù)，隨后，基于壓電薄膜材料的聲頻定向技術(shù)被研究出來(lái)，近幾年，隨著聲音定向傳播技術(shù)的不斷發(fā)展，基于特定透明復(fù)合材料的聲音定向傳播技術(shù)成為技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)。

一款名為聚音寶的音響產(chǎn)品被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是國(guó)內(nèi)首款基于定向聲傳播技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品，該音響產(chǎn)品正前方音量集中，聲音大，而兩側(cè)音量則隨角度增加而逐漸減弱，另外，技術(shù)參數(shù)顯示，聚音寶音響正前方聲波傳輸距離可達(dá)十余米，在這個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)，音響正前方傳輸區(qū)域內(nèi)音量衰減很小。

讓聲音實(shí)現(xiàn)定向傳播的現(xiàn)實(shí)意義在哪里?蘇州清聽(tīng)聲學(xué)科技作為國(guó)內(nèi)最早將聲音定向傳播技術(shù)應(yīng)用到具體場(chǎng)景中的科技型企業(yè)之一，已將定向發(fā)聲技術(shù)應(yīng)用在環(huán)保、交通、公共服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。企業(yè)負(fù)責(zé)人栗振表示：“作為智慧城市高科技產(chǎn)品的新銳，基于聲音定向傳播技術(shù)的定向音響在智慧城市建設(shè)發(fā)展、展示展覽、商用顯示、商超零售、醫(yī)療金融、智慧交通等領(lǐng)域都有極為廣闊的應(yīng)用前景，不僅帶來(lái)創(chuàng)新的應(yīng)用體驗(yàn)和價(jià)值，還將聲音環(huán)保和噪聲污染防治管理帶進(jìn)人們的日常生活中，改變現(xiàn)代社會(huì)人們的生活。”

未來(lái)：聽(tīng)覺(jué)革命前景可期

“目前，我國(guó)基于聲音定向傳播技術(shù)的音響產(chǎn)品，其聲波是在聲源正前方區(qū)域呈扇形傳播，具有指定的方向和角度。聲源正前方音量可達(dá)最高，在正向傳播距離內(nèi)，音量衰減低，而具體傳輸距離還可以根據(jù)應(yīng)用需求，通過(guò)調(diào)整聲學(xué)算法來(lái)確定。”匡正告訴記者。

說(shuō)到聲音定向傳播技術(shù)的應(yīng)用，栗振向記者舉了一個(gè)最為常見(jiàn)的例子：“比如利用聲音定向傳播技術(shù)，可以從根本上解決廣場(chǎng)舞音樂(lè)擾民和互相干擾的問(wèn)題，廣場(chǎng)舞音樂(lè)的傳播不再是“霸道式”全方位發(fā)散性傳播，而是形成一個(gè)個(gè)同時(shí)兼具開(kāi)放、相對(duì)獨(dú)立、互不干擾的聲場(chǎng)。”

記者了解到，在智慧城市建設(shè)發(fā)展中，定向音技術(shù)主要在智慧體育服務(wù)、未來(lái)社區(qū)場(chǎng)景建設(shè)、黨建宣傳等方面發(fā)揮定向語(yǔ)音指導(dǎo)、定向語(yǔ)音宣導(dǎo)等服務(wù)，為基層文體服務(wù)完善體系，營(yíng)造安靜環(huán)保的人居環(huán)境，共建和諧鄰里生活。

在展示展覽行業(yè)中，聲音定向傳播技術(shù)的應(yīng)用尤其受歡迎?？撇┪幕^、企業(yè)展廳、展覽展會(huì)等場(chǎng)所通過(guò)應(yīng)用定向聲技術(shù)實(shí)現(xiàn)定向語(yǔ)音分區(qū)講解、定向語(yǔ)音導(dǎo)覽等功能，多個(gè)音箱同步工作不會(huì)串音，各音區(qū)相對(duì)獨(dú)立。

同樣，在商業(yè)顯示行業(yè)的應(yīng)用中，定向聲技術(shù)能夠與廣告機(jī)、LED/LCD等商業(yè)顯示屏集成，完成定向語(yǔ)音導(dǎo)覽、定向語(yǔ)音活動(dòng)宣導(dǎo)等功能;在商超零售行業(yè)中，利用定向聲技術(shù)實(shí)現(xiàn)分區(qū)定向語(yǔ)音商品導(dǎo)購(gòu)、定向語(yǔ)音商品促銷(xiāo)等功能，提高宣傳內(nèi)容轉(zhuǎn)化率和宣傳效果。

“基于公共服務(wù)屬性，未來(lái)醫(yī)療、金融行業(yè)也會(huì)對(duì)定向聲傳播技術(shù)產(chǎn)生巨大需求。例如醫(yī)院和銀行人流量較大，秩序難控，傳統(tǒng)的音箱應(yīng)用無(wú)疑會(huì)增加環(huán)境聲場(chǎng)壓力，嘈雜的環(huán)境影響業(yè)務(wù)效率。在醫(yī)院和銀行等大廳集成定向音箱，實(shí)現(xiàn)定向語(yǔ)音叫號(hào)、定向語(yǔ)音引導(dǎo)等功能，能夠在很大程度上建立一個(gè)舒適的聲場(chǎng)環(huán)境，優(yōu)化整體聲環(huán)境，且對(duì)客戶具有一定的信息保密性。”栗振分析說(shuō)。

匡正透露，目前我國(guó)聲音定向傳播技術(shù)還在交通應(yīng)用領(lǐng)域取得了不小的突破。由于屬于戶外應(yīng)用，交通大環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)定向聲技術(shù)的要求也更加嚴(yán)格，通過(guò)對(duì)定向聲技術(shù)的算法進(jìn)行升級(jí)，從聲源傳播距離和指向性角度等方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)交通場(chǎng)景安全警示聲音的精準(zhǔn)投放和指向傳播，可以應(yīng)用到高速公路、隧道等需要實(shí)施精準(zhǔn)語(yǔ)音預(yù)警的場(chǎng)景。

目前，定向聲在交通領(lǐng)域的已有應(yīng)用包括行人闖紅燈定向語(yǔ)音警示、高速路定向語(yǔ)音警示和智慧公交站牌定向語(yǔ)音報(bào)站等，這些應(yīng)用都已實(shí)現(xiàn)在不影響正常交通秩序的情況下，實(shí)現(xiàn)交通警示預(yù)報(bào)功能，將極大優(yōu)化交通管理工作的質(zhì)量和效率。

栗振分析：“定向聲技術(shù)是打開(kāi)未來(lái)生活場(chǎng)景的一把鑰匙，它服務(wù)于生活的方方面面，將在很大程度上改善人們的生活方式、服務(wù)方式、消費(fèi)習(xí)慣、出行習(xí)慣等。定向聲技術(shù)正在經(jīng)歷從概念到產(chǎn)品到廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，我們相信定向聲技術(shù)未來(lái)可期。”(記者 張景陽(yáng) 通訊員 陳淑娟)