近日，以色列一家科技公司發布了一款名為SoundBeamer1.0的新產品，該產品通過內置的3D感應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」，並通過超聲波來傳輸音頻信息，實現聲音的「定向傳播」。
「這是一種基於新技術的音響設備，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，在同一個環境中，只有指定方向的接受者可以聽到聲音，旁邊的人則聽不到。」中國科學院聲學研究所博士匡正告訴記者。
匡正介紹，基於人們對於「聲音是分散、多向、立體傳播」的傳統認知，定向傳播聽起來很神奇，但事實上，從基礎研究到技術應用，聲音定向傳播在國內外有著悠久的歷史，並從本世紀開始不斷出現相關的技術應用。
歷史：基礎研究由來已久
資料顯示，對聲頻定向揚傳播的研究最早可追溯到 18 世紀中葉人們對心理聲學中「塔爾蒂尼音調」的發現，即當兩個音一齊發聲時，如果聲音穩定的話，同時發出的第三個音也是可以聽得見的。塔爾蒂尼音調是一個主觀的音調，即使是兩列頻率很近的超聲波信號也可使人聽到這種線性疊加的聲音變動。19世紀中葉，德國物理學家亥姆霍茲證實了兩個音調在空氣中傳播可以通過非線性作用產生它們的差頻與和頻信號，他的理論和公式測得的數據吻合支持了「塔爾蒂尼音調」結論的正確性。
從上世紀80年代開始，世界各國科學家對聲音定向傳播技術的研究進入了新的階段。匡正介紹，廣義來講，定向聲技術主要有三種，一是聚音罩技術，這種技術最簡單，也就是在高頻揚聲器上罩個拋物面形的罩，人在聚音罩下方即可清楚聽到聲音;二是揚聲器陣列技術，這種技術用大量的揚聲器組成陣列形成波束，使波束方向即主瓣方向能量最高;最後一種是基於超聲的聲頻定向傳播技術，即把聲音調製到超聲上發送到空氣中，利用空氣的非線性自解調產生定向聲音，這種技術簡單可靠，效果最好。
「基於超聲的聲頻定向傳播技術是一種可使聲音以波束在一定方向傳播的新型聲頻技術，其基本原理是將可聽聲音信號搭載到超聲載波信號之上，利用其在空氣中傳播時空氣的非線性聲學效應，信號會發生交互作用和解調，再藉助超聲波本身的高指向性，就可實現可聽聲音的定向傳播。」匡正說。
很顯然，不論是從原理、技術研發還是技術應用、產品開發、發展前景看，基於超聲的聲頻定向傳播是時下和今後聲音定向傳播技術的發展主流。這種技術在很大程度上填補了國內外聲學創新領域的空白，被業內稱為是「一項重大的聲學技術變革」。而從科研成果和技術應用來看，我國科研團隊在此方面的進度並不落後，相反地，在新產品開發方面，還走在了前列。
現狀：新技術新產品方興未艾
從2015年開始，匡正博士領銜的聲學研究團隊就致力於聲音定向傳播技術的研究和以聲音定向傳播技術為基礎的定向音頻解決方案研究，取得了一系列進展，並在多個場景成功應用。
匡正透露，根據發聲材料的不同，我國聲音定向傳播技術的發展大致經歷了三個階段。首先是基於超聲波換能器的聲頻定向傳播技術，隨後，基於壓電薄膜材料的聲頻定向技術被研究出來，近幾年，隨著聲音定向傳播技術的不斷發展，基於特定透明複合材料的聲音定向傳播技術成為技術研發和應用的重點。
一款名為聚音寶的音響產品被業內認為是國內首款基於定向聲傳播技術研發的產品，該音響產品正前方音量集中，聲音大，而兩側音量則隨角度增加而逐漸減弱，另外，技術參數顯示，聚音寶音響正前方聲波傳輸距離可達十餘米，在這個數值範圍內，音響正前方傳輸區域內音量衰減很小。
讓聲音實現定向傳播的現實意義在哪裡?蘇州清聽聲學科技作為國內最早將聲音定向傳播技術應用到具體場景中的科技型企業之一，已將定向發聲技術應用在環保、交通、公共服務等多個領域。企業負責人慄振表示：「作為智慧城市高科技產品的新銳，基於聲音定向傳播技術的定向音響在智慧城市建設發展、展示展覽、商用顯示、商超零售、醫療金融、智慧交通等領域都有極為廣闊的應用前景，不僅帶來創新的應用體驗和價值，還將聲音環保和噪聲汙染防治管理帶進人們的日常生活中，改變現代社會人們的生活。」
未來：聽覺革命前景可期
「目前，我國基於聲音定向傳播技術的音響產品，其聲波是在聲源正前方區域呈扇形傳播，具有指定的方向和角度。聲源正前方音量可達最高，在正向傳播距離內，音量衰減低，而具體傳輸距離還可以根據應用需求，通過調整聲學算法來確定。」匡正告訴記者。
說到聲音定向傳播技術的應用，慄振向記者舉了一個最為常見的例子：「比如利用聲音定向傳播技術，可以從根本上解決廣場舞音樂擾民和互相干擾的問題，廣場舞音樂的傳播不再是「霸道式」全方位發散性傳播，而是形成一個個同時兼具開放、相對獨立、互不幹擾的聲場。」
記者了解到，在智慧城市建設發展中，定向音技術主要在智慧體育服務、未來社區場景建設、黨建宣傳等方面發揮定向語音指導、定向語音宣導等服務，為基層文體服務完善體系，營造安靜環保的人居環境，共建和諧鄰裡生活。
在展示展覽行業中，聲音定向傳播技術的應用尤其受歡迎。科博文化館、企業展廳、展覽展會等場所通過應用定向聲技術實現定向語音分區講解、定向語音導覽等功能，多個音箱同步工作不會串音，各音區相對獨立。
同樣，在商業顯示行業的應用中，定向聲技術能夠與廣告機、LED/LCD等商業顯示屏集成，完成定向語音導覽、定向語音活動宣導等功能;在商超零售行業中，利用定向聲技術實現分區定向語音商品導購、定向語音商品促銷等功能，提高宣傳內容轉化率和宣傳效果。
「基於公共服務屬性，未來醫療、金融行業也會對定向聲傳播技術產生巨大需求。例如醫院和銀行人流量較大，秩序難控，傳統的音箱應用無疑會增加環境聲場壓力，嘈雜的環境影響業務效率。在醫院和銀行等大廳集成定向音箱，實現定向語音叫號、定向語音引導等功能，能夠在很大程度上建立一個舒適的聲場環境，優化整體聲環境，且對客戶具有一定的信息保密性。」慄振分析說。
匡正透露，目前我國聲音定向傳播技術還在交通應用領域取得了不小的突破。由於屬於戶外應用，交通大環境較為複雜，對定向聲技術的要求也更加嚴格，通過對定向聲技術的算法進行升級，從聲源傳播距離和指向性角度等方面進行優化，實現交通場景安全警示聲音的精準投放和指向傳播，可以應用到高速公路、隧道等需要實施精準語音預警的場景。
目前，定向聲在交通領域的已有應用包括行人闖紅燈定向語音警示、高速路定向語音警示和智慧公交站牌定向語音報站等，這些應用都已實現在不影響正常交通秩序的情況下，實現交通警示預報功能，將極大優化交通管理工作的質量和效率。
慄振分析：「定向聲技術是打開未來生活場景的一把鑰匙，它服務於生活的方方面面，將在很大程度上改善人們的生活方式、服務方式、消費習慣、出行習慣等。定向聲技術正在經歷從概念到產品到廣泛應用的轉變，我們相信定向聲技術未來可期。」(記者 張景陽 通訊員 陳淑娟)
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