定向揚(yáng)聲器系統(tǒng)又被稱為揚(yáng)聲器系統(tǒng)，聲束揚(yáng)聲器系統(tǒng)或參量聲學(xué)陣列，簡(jiǎn)稱定向揚(yáng)聲器，是指具有高指向輻射特性，能夠把聲波控制在特定區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)聲頻的定向傳播的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。

目前定向聲技術(shù)較成熟并已實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的定向揚(yáng)聲器產(chǎn)品，主要有如下三類(lèi)，前兩類(lèi)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)定型后，其定向輻射的各項(xiàng)參數(shù)是用戶不能隨意改變的。而第三類(lèi)被稱為可控指向性聲柱的產(chǎn)品的特點(diǎn)，是用戶可對(duì)其指向特性進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，在一定范圍內(nèi)作出改變。

* 聲聚焦揚(yáng)聲器

* 超聲揚(yáng)聲器

* 可控指向性聲柱

上述幾種定向揚(yáng)聲器所具備的定向輻射特性，能在惡劣聲學(xué)環(huán)境中，達(dá)到提高語(yǔ)言清晰度和減少對(duì)外界環(huán)境的聲污染等功能，非常適合展廳、機(jī)場(chǎng)(候機(jī)樓)、大型車(chē)站、商場(chǎng)以及各類(lèi)展陳建筑對(duì)擴(kuò)聲特性的特殊要求。所謂“展陳建筑”主要指用于文物珍品的收藏和展示陳列(展陳)的場(chǎng)所。如各類(lèi)博物館、藝術(shù)館、美術(shù)館、紀(jì)念館、科技館和文化館等。

本文主要介紹三種定向揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)、特性及其在展陳建筑中的應(yīng)用。

1. 聲聚焦揚(yáng)聲器

結(jié)構(gòu)和特性

聲聚焦揚(yáng)聲器亦稱為聚音罩(dorm speaker)。

圖1 聚音罩

聲聚焦揚(yáng)聲器的外形，配置透明材質(zhì)直徑40～80cm的聲反射罩，采用雙拋物線的分散控制專(zhuān)利技術(shù)，以線性柱狀控制形式進(jìn)行聚聲，能夠在圓頂下的柱狀范圍內(nèi)聚集中、高頻段聲音，抑制相鄰區(qū)域播放的聲音的相互干擾。部分聲聚焦揚(yáng)聲器還可以配置紅外感應(yīng)功能，紅外傳感器控制內(nèi)置的功放，當(dāng)有人走近聲聚焦揚(yáng)聲器下方時(shí)即自行啟動(dòng)，播放出相應(yīng)的語(yǔ)言或音樂(lè)節(jié)目，人離開(kāi)后即自動(dòng)停止播音。

應(yīng)用

博物館，科技館等空間比較大的室內(nèi)展廳

圖2 聲聚焦揚(yáng)聲器應(yīng)用于西班牙國(guó)家博物館的場(chǎng)景。

優(yōu)缺點(diǎn)

聲聚焦揚(yáng)聲器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是對(duì)相鄰區(qū)域聲音的隔離功能有一定局限性，尤其對(duì)低頻的聚聲效果有所遜色；體積龐大，占用空間較多，直徑大小不同，需要根據(jù)場(chǎng)地的大小及罩下方的人數(shù)來(lái)定制尺寸。

圖3 顯示某展廳需要以3~5m的間距并列多個(gè)聲聚焦揚(yáng)聲器的場(chǎng)景

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，同時(shí)開(kāi)啟兩只揚(yáng)聲器聲音就相互干擾。說(shuō)明此類(lèi)揚(yáng)聲器起碼在間隔5～6m以上且聲壓級(jí)較低的條件下才能真正發(fā)揮其“聚焦”的優(yōu)越性。另外由于此類(lèi)揚(yáng)聲器應(yīng)用面還不是很廣，目前市場(chǎng)價(jià)格仍偏高。如某國(guó)產(chǎn)品牌(配置直徑30in透明反射罩和25w功放)報(bào)價(jià)每臺(tái)四千多元，進(jìn)口產(chǎn)品則價(jià)格翻倍。

2. 超聲揚(yáng)聲器

原理及發(fā)展史

超聲揚(yáng)聲器的工作原理是利用超聲波在空氣傳播中的非線性的交互作用產(chǎn)生高指向性自解調(diào)可聽(tīng)聲，從而實(shí)現(xiàn)聲頻的定向傳播。

圖4 定向音響，獨(dú)立音區(qū)

        圖5 定向音響相隔2米的展臺(tái)聲音互不影響

超聲揚(yáng)聲器具有比聲聚焦揚(yáng)聲器更強(qiáng)的指向性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)親自體驗(yàn)，距離指講定向揚(yáng)聲器約2m處，可以聽(tīng)到清晰的、給人以“耳邊細(xì)語(yǔ)”感覺(jué)的聲音，而整個(gè)大廳范圍仍保持安靜；如果向左、右偏離1米就聽(tīng)不到聲音。圖4顯示，當(dāng)僅用一臺(tái)指講定向音箱時(shí)，具有極窄的波束，因而具有超強(qiáng)的指向性。當(dāng)同時(shí)使用兩臺(tái)指講定向音箱作雙通道工作時(shí)（圖5），通過(guò)改變兩臺(tái)定向音箱的相對(duì)位置，還可做到在一定范國(guó)內(nèi)對(duì)指向性的強(qiáng)弱和波束的指向等參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。

典型產(chǎn)品

深層互聯(lián)指講®定向音響系列具備超強(qiáng)指向性，采用高精度人體感應(yīng)技術(shù)，對(duì)比傳統(tǒng)人體紅外感應(yīng)器大幅度提高了人體感應(yīng)的準(zhǔn)確度和靈敏度，能實(shí)現(xiàn)小區(qū)域、小角度精準(zhǔn)感應(yīng)。其中指講®定向音響系列里的投影型號(hào)還在行業(yè)內(nèi)首次引入投影概念，通過(guò)投影圖案的方式將定向音區(qū)或互動(dòng)內(nèi)容展現(xiàn)出來(lái)，避免貼地貼影響美觀，開(kāi)創(chuàng)了行業(yè)先河。

圖6 指講®定向揚(yáng)聲器不同安裝方式的示意圖

應(yīng)用案例

長(zhǎng)期以來(lái)，博物館等展陳建筑的展廳對(duì)各類(lèi)展品的介紹說(shuō)明，除了文字和圖片外，通常都依靠解說(shuō)員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)觀眾進(jìn)行分批解說(shuō)。這種“羊群式”的導(dǎo)覽方式往往限制了觀眾的自由取舍權(quán)，且造成人流的周轉(zhuǎn)效率很低。而各類(lèi)展陳建筑中較大面積的展區(qū)(展廳)，通常都會(huì)同時(shí)布置多個(gè)不同展品的展柜、展臺(tái)。如果多個(gè)展項(xiàng)同時(shí)解說(shuō)則相互干擾，效果不佳。近年開(kāi)始逐步應(yīng)用無(wú)線導(dǎo)覽機(jī)出租給觀眾，把展廳、展臺(tái)編上號(hào)，觀眾自行對(duì)號(hào)選擇收聽(tīng)，還可以選擇多種不同語(yǔ)言。但設(shè)備價(jià)格較昂貴，要收取觀眾押金，管理繁瑣，且損壞率高。觀眾不論是手持小音箱或是用耳機(jī)收聽(tīng)，都感到不方便，不自然。近年國(guó)內(nèi)外部分博物館、美術(shù)館逐步推廣應(yīng)用帶自動(dòng)感應(yīng)的超聲揚(yáng)聲器播放解說(shuō)詞和背景音樂(lè)。各展臺(tái)能做到基本互不影響，在一定程度上改變了“羊群式”觀展的困局，提高了整個(gè)展館的管理水平和觀眾的周轉(zhuǎn)效率。超聲揚(yáng)聲器與無(wú)線導(dǎo)覽機(jī)互為補(bǔ)充，給觀眾多一種自主導(dǎo)覽選擇。

由于定向揚(yáng)聲器具備超強(qiáng)指向性，使其適用于更廣闊的范圍，除了展館，博物館外還廣泛應(yīng)用在各類(lèi)公共場(chǎng)所：

* 商超:顧客可按需獲取商品的專(zhuān)屬介紹及促銷(xiāo)信息。商品間地語(yǔ)音介紹互不影響，同時(shí)又能降低環(huán)境噪音，提高了顧客的購(gòu)物體驗(yàn)

* 廣告?zhèn)髅健?shù)字標(biāo)牌：提高廣告的效率，降低噪音污染

* 地鐵站、電梯：定向播放須知，避免噪音污染

* 銀行、學(xué)校、醫(yī)院、家居等：聲音及對(duì)話內(nèi)容只有目標(biāo)客戶可接收到，既保證了顧客的個(gè)人隱私，又不會(huì)干擾到周?chē)櫩?

3. 可控指向性聲柱

結(jié)構(gòu)原理

基于傳統(tǒng)的聲學(xué)基礎(chǔ)理論-聲干涉原理制成的多揚(yáng)聲器列陣稱為聲柱。聲柱的垂直平面形成一個(gè)波束，表現(xiàn)出較強(qiáng)的指向性。而在聲柱水平面，其指向性與單只揚(yáng)聲器大體相同。傳統(tǒng)的聲柱在其結(jié)構(gòu)定型后，使用者不能隨意改變其各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)。

可控指向性聲柱是傳統(tǒng)聲柱與現(xiàn)代DSP技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。通過(guò)配置DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）和內(nèi)置功率放大器使聲柱實(shí)現(xiàn)其最有價(jià)值的功能，即能按照現(xiàn)場(chǎng)聲學(xué)環(huán)境和擴(kuò)聲的要求，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)改變其垂直幅射波束的擴(kuò)散角度、偏轉(zhuǎn)角度和波束發(fā)聲中心點(diǎn)的高度,還可以改變音束的數(shù)量,使揚(yáng)聲器的覆蓋區(qū)能瞄準(zhǔn)聽(tīng)音者,避免激發(fā)由天花、墻壁和地面引起的混響聲,從而達(dá)到在惡劣聲學(xué)環(huán)境下提高語(yǔ)言清晰度并減少對(duì)外界聲污染的目標(biāo)?！翱煽刂赶蛐浴奔从纱说妹?

目前國(guó)內(nèi)外有多家公司先后推出多種“可控指向性聲柱”產(chǎn)品，名稱各異，但基本設(shè)計(jì)思路相似，都是一長(zhǎng)串小口徑揚(yáng)聲器,每一個(gè)(或一組)揚(yáng)聲器單元配一套DSP和一路功放。

可控指向性聲柱控制幅射波束偏轉(zhuǎn)的基本原理是“相移法”。人們?nèi)粘６加羞@樣的體會(huì)，當(dāng)一列排列整齊的士兵轉(zhuǎn)彎時(shí)，靠?jī)?nèi)的士兵慢轉(zhuǎn)，靠外的士兵快轉(zhuǎn),中間的士兵速度介于兩者之間，一列士兵便可以形成扇形整齊地轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。一個(gè)線聲源亦可以用這種原理使波束偏轉(zhuǎn)。速度快慢可以在各個(gè)點(diǎn)聲源中分別通過(guò)DSP引入不同的延遲時(shí)間。

應(yīng)用案例

可控指向性聲柱開(kāi)發(fā)的目的并非要追求極其尖銳的輻射特性。它在“定向”特性的基礎(chǔ)上要求具備更大的聲壓級(jí)，更良好的音質(zhì)，能夠在現(xiàn)場(chǎng)連接筆記本電腦或使用紅外遙控器即可調(diào)節(jié)改變其輻射特性，而這正是各類(lèi)展陳建筑中迫切需要解決的聲學(xué)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多博物館、科技館等都建有一個(gè)高大的門(mén)廳(觀眾大堂)，便于觀眾集散，團(tuán)體參觀(學(xué)生)講解，甚至用作臨時(shí)會(huì)場(chǎng)。但這類(lèi)高大門(mén)廳普遍存在外形美觀獨(dú)特而建聲條件惡劣(長(zhǎng)混響、聲聚焦)等問(wèn)題，這正好是定向揚(yáng)聲器用武之地。

目前技術(shù)比較成熟，適用于各類(lèi)展陳建筑(及其他類(lèi)似聲學(xué)環(huán)境的教堂、機(jī)場(chǎng)和大型商場(chǎng)等建 筑) 的定向揚(yáng)聲器主要有聲聚焦揚(yáng)聲器、超聲揚(yáng)聲器和可控指向性聲柱三類(lèi)，被認(rèn)為是解決惡劣聲學(xué)環(huán)境中提高語(yǔ)言清晰度和減少對(duì)外界環(huán)境的聲音污染的方案。而定向揚(yáng)聲器所具備的高指向和可控定向輻射的特性，會(huì)在更廣泛的領(lǐng)域中具有 廣闊的發(fā)展空間。