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探索定向擴(kuò)聲技術(shù),清聽聲學(xué)“靜音操場”意外變身為聲學(xué)實(shí)踐課堂

2025-10-22 08:33:57來源:清聽聲學(xué) 閱讀量:4437 評(píng)論

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  “我來設(shè)計(jì)一個(gè)表格,這樣數(shù)據(jù)匯總更清楚。”
 
  “我們可以把測量過程簡圖畫下來,在不同點(diǎn)位標(biāo)出分貝數(shù)據(jù)~”
 
  “我發(fā)現(xiàn)正對喇叭的位置聲音最響.....”
 
  “我們組在喇叭后方也測了,聲音明顯降很多!”
 
  手拿分貝儀、拉直卷尺、調(diào)整角度……每一位同學(xué)都沉浸其中,認(rèn)真完成自己的分工任務(wù)。這不是在實(shí)驗(yàn)室,也不是在科技館,而是在蘇州市楊嘉墀實(shí)驗(yàn)學(xué)校的操場上,圍繞清聽聲學(xué)的“靜音操場系統(tǒng)”展開的一堂別開生面的物理聲學(xué)探索課。
 
  
       這堂設(shè)在戶外的物理聲學(xué)課,竟意外地成為學(xué)生們最期待的課程之一,它打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室邊界,將整個(gè)操場變?yōu)橐粋€(gè)巨大的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室,在這里,知識(shí)不再是書本上抽象的公式和定律,而是變成可以親手測量、親耳聆聽、親身感知的奇妙現(xiàn)象。
 
  從現(xiàn)象到原理:一場關(guān)于聲音的探索
 
  與傳統(tǒng)廣播聲音向四面八方傳播不同,楊嘉墀實(shí)驗(yàn)學(xué)校的同學(xué)們通過親手測量發(fā)現(xiàn),操場廣播的聲音仿佛被“約束”在了特定區(qū)域。
 
  
       “沿著扇形路線測量,數(shù)據(jù)由小變大再變小......”
 
  “一旦走到設(shè)備后方,音量就急劇衰減!”
 
  面對這些與傳統(tǒng)認(rèn)知截然不同的測量數(shù)據(jù),學(xué)生們的好奇心被徹底點(diǎn)燃,“為什么聲音不會(huì)到處跑?”“是不是有什么我們看不到的聲音屏障?”
 
  在一輪又一輪討論分析后,最終聚焦到一個(gè)關(guān)鍵問題:究竟是什么技術(shù),讓聲音如此“守規(guī)矩”?
 
    
       這一切的奧秘,都來自于創(chuàng)新的“定向擴(kuò)聲技術(shù)”,這項(xiàng)顛覆性聲學(xué)技術(shù)徹底改變聲音的傳播方式。
 
  通俗來說,傳統(tǒng)廣播就像一只普通的燈泡,光線(聲音)向四周均勻發(fā)散;而定向擴(kuò)聲技術(shù)更像是一只手電筒,能將聲音像光束一樣,精準(zhǔn)“投射”到目標(biāo)區(qū)域,有效避免對周邊環(huán)境造成干擾。
 
  技術(shù)深入:定向聲是如何實(shí)現(xiàn)的?
 
  定向擴(kuò)聲技術(shù)的核心價(jià)值,在于它能在開放空間中,創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)獨(dú)立的、互不干擾的“聲音氣泡”(Sound Bubble),它通常通過特殊的聲學(xué)結(jié)構(gòu)或揚(yáng)聲器陣列,實(shí)現(xiàn)對聲波的相位和波束成形管理。
 
  我們常把傳統(tǒng)揚(yáng)聲器和定向擴(kuò)聲技術(shù)比成燈泡和手電筒,其實(shí),定向擴(kuò)聲技術(shù)運(yùn)用“參量陣”的先進(jìn)原理,其核心過程可以分為三步:
 
  搭載:首先,我們將人耳能聽到的普通聲波(可聽聲),像搭載快遞一樣,裝載到一束人耳聽不見的、頻率很高的超聲波上,超聲波本身具有方向性好、易控制的特性,就像一列在軌道上精準(zhǔn)行駛的高速列車;
 
  定向發(fā)射:接著,這列搭載了聲音信號(hào)的“超聲波列車”被定向發(fā)射到空氣中,由于超聲波指向性極強(qiáng),這束聲波會(huì)像激光一樣,朝著預(yù)設(shè)方向筆直傳播,而不會(huì)擴(kuò)散到周圍區(qū)域;
 
  空中解碼:當(dāng)這束特殊的超聲波在空氣中傳播時(shí),空氣自身會(huì)扮演一個(gè)“解碼器”的角色,通過其物理特性(自解調(diào)效應(yīng)),自動(dòng)將搭載在超聲波上的可聽聲信號(hào)解析并釋放出來。
 
    
       于是,最終的結(jié)果就是,清晰的聲音仿佛“憑空”出現(xiàn)在設(shè)定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi),而一旦走出這個(gè)區(qū)域,聲音就迅速減弱消失, 這就實(shí)現(xiàn)了聲音“指哪打哪”,讓聲音在特定區(qū)域內(nèi)清晰可聞,同時(shí)最大限度地減少對周邊環(huán)境的干擾。
 
  從操場到未來:定向擴(kuò)聲技術(shù)的廣闊天地
 
  當(dāng)然,定向擴(kuò)聲技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于校園廣播。
 
  博物館、展覽館:為特定展區(qū)提供語音講解,不同展位解說聲互不干擾,營造安靜的觀展環(huán)境。
 
  商業(yè)展示:讓廣告信息精準(zhǔn)傳遞給特定位置的顧客,避免公共場合的噪音污染。
 
  交通樞紐:實(shí)現(xiàn)信息對特定人群、特定區(qū)域的定向播報(bào),提升通知效率。
 
  辦公空間:在開放辦公區(qū)創(chuàng)造獨(dú)立的聲音空間,保護(hù)談話私密性。
 
    
       由此可見,定向擴(kuò)聲技術(shù)的意義已超越單純的聲音控制,它為我們提供了一種全新的解決方案,能夠在復(fù)雜的公共空間中,為特定區(qū)域精準(zhǔn)創(chuàng)造獨(dú)立的聲音環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)“聲音秩序”,讓信息的有效傳遞與環(huán)境的安靜體驗(yàn)不再相互沖突。
 
  在楊嘉墀實(shí)驗(yàn)學(xué)校,定向擴(kuò)聲技術(shù)不僅優(yōu)化了校園聲環(huán)境,更重要的是點(diǎn)燃學(xué)生對科學(xué)的好奇與熱情,當(dāng)抽象的物理定律以直觀、生動(dòng)的方式呈現(xiàn),這便是科技與教育融合最美的樣子:最好的課堂,不止在課本里,更在于每一次真實(shí)的探索與發(fā)現(xiàn)中!
 
  清聽聲學(xué)作為中國科學(xué)院聲學(xué)研究所產(chǎn)業(yè)化平臺(tái),已用10年時(shí)間,在定向擴(kuò)聲技術(shù)專利、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、場景深耕等維度構(gòu)筑了無法復(fù)制的競爭壁壘,我們正致力于將這項(xiàng)技術(shù)深度融入更廣闊的領(lǐng)域,持續(xù)開拓應(yīng)用邊界,為生活和社會(huì)創(chuàng)造真實(shí)價(jià)值。
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