如何实现声音定向传播？与三种技术方法及未来应用领域

所谓声音的定向传播，通俗地理解，就是让声音像光一样传播，使其具有高度指向性，在同一个环境中，只有指定的接收者才能听到声音。

——匡正 中国科学院声学研究所博士

如今，看电影成为很多人的重要娱乐活动之一。在影院看电影时，我们能感觉到声音从左边、右边、后边，甚至从头顶传进耳朵。这种能使声音具有空间方向感的技术被称为环绕声技术。

除了能环绕传播，声音是否能定向传播呢？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发一款名为SoundBeamer 1.0的新产品，该产品能通过内置的3D传感模块定位和跟踪用户耳朵的位置，可在人耳周围形成一个“声音口袋”，并通过超声波来传输音频信息，实现声音的定向传播。用户无需佩戴耳机，就能听到360度环绕立体声，而身旁的人则听不到这些声音。顺利的话，这款产品将于2021年底上市。

声音是如何实现定向传播的呢？

“所谓声音的定向传播，通俗地理解，就是让声音像光一样传播，使其具有高度指向性，在同一个环境中，只有指定的接收者才能听到声音。”中国科学院声学研究所博士匡正告诉科技日报记者。

3种技术手段可实现声音指哪儿传哪儿

匡正介绍，目前来讲，能实现声音定向传播的技术手段主要有3种。

第一种是聚音罩技术，即在高频扬声器上加装一个半球形的罩子，阻挡声波自由扩散。人在聚音罩下方就可清楚地听到声音，而在聚音罩外是几乎听不到声音的，这种设备的外形与台灯灯罩很相似。

第二种是扬声器阵列技术，即首先将大量的扬声器组成阵列，通过提取出每个扬声器的声音信号，并将声音信号按照一定方式组合起来，最后对这些信号进行处理，以增强特定位置或特定方向的声音信号。这项技术常被用在声呐、雷达等设备上。

第三种是一种基于超声的声频定向传播技术，即把声音调制到超声波上，再发送到空气中，利用空气的非线性自解调，产生定向声音。这种技术简单可靠、效果最好。

“基于超声波的声频定向传播技术，是一种可使声音以波束形式在一定方向传播的新型声频技术。其基本原理是将可听声波搭载到超声波上，并利用超声换能器，将声波发射到空气中。不同频率的超声波在空气中传播时，会发生交互作用和自解调，进而产生频率为原超声频率之差（差频）的新声波。”匡正说，如果超声波选取合适，那么新产生的差频声波则可落在可听声区域，再借助超声波自身具有的高指向性，这一新声波就可顺利送达指定对象了。

未来有望在多个领域发挥作用

“日常生活中，我们可能见过这类技术的应用，比如基于声音定向传播技术的音响产品。其发出的声音一般在声源正前方区域呈扇形传播。声源正前方音量通常最高，在正向传播距离内，音量逐步降低。”匡正说。

同时，声音定向传播技术还能解决广场舞噪音扰民难题。“声音定向传播技术，可使广场舞配乐声音不再呈发散性传播，而是局限在一个相对独立的声场内。”苏州清听声学科技有限公司负责人栗振对科技日报记者说。

此外，在行业应用方面，展示展览行业是使用声音定向传播技术较多的行业之一。在博物馆、文化馆、企业展厅、大型展会等场所，工作人员通过应用声音定向传播技术，可实现定向分区语音讲解、定向语音导览等功能，还可使多个音箱同步工作而不会互相干扰、各个音区处在相对独立状态。

匡正透露，未来声音定向传播技术还有望在我国交通领域发挥巨大作用。通过升级该技术的算法、优化指向性角度等方面的数据，可实现交通场景安全警示声音的定向传播。该技术可被应用在高速公路、隧道等需要实施精准语音预警的场景中，以降低交通事故的发生率。
编辑：lyn