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音响人士必知：声波定向传播的四种实用解决方法

声波是球面波传播容易衰减也容易扰民

我们平常听到的绝大多数的音箱其实发出的声波都是360度辐射

出去的，不同的频率、角度下，声波能量会有不同，但是在空气中传

播时极容易衰减。

同时，声波(尤其是低频声波)基本上是无方向性的，因此**算受众

不在音箱的正面，而在音箱的侧面和背面，声音也感觉很响。高频声

波，其方向性会强一些，但是其在音箱的侧后方(45度/315度)，也只

是衰减3~6dB左右而已。

图1

因此，造成了两种结果：声波在空气中传播时极易衰减，传输距

离较短，当可听声波到达受众时，往往声强变得很弱，影响了语音清

晰度。同时，音箱传出来的声波几乎没有方向性，容易造成扰民问题。

这也**是为什么很多地方出现了驱赶广场舞人群(如图1)，并造成了冲

突。甚至有新闻报道居民为了对付广场舞大妈耗资26万购置了定向音

响。

1、利用音罩加强指向性

那么，怎么样才能让声音集中起来，或者用专业术语说加强指向

性呢?采用聚音罩是**可行的方法之一，这种技术类似于灯罩，只要在

高频扬声器上罩个大半球形的罩子(如图2)，人在聚音罩下方即可清楚

听到声音。

图2

2、利用号角加强指向性

第二种方法是在喇叭单元前加上号角，尤其在中高频广播喇叭、

歌舞厅里的专业音箱加上号角。号角音箱的低频没有变化，但是中高

频的指向性增强了。

中高频音箱基本上垂直、水平方向可以控制在100度以内，该角

度以外可以衰减12dB以上。其原理图如图3所示：

图3

如图3所示，喉口到号角出口的中间和两边的距离不等，声音传

播到的时间也不等(即出口部分的相位角差异很大)，所以出口部分的波

阵面趋向于以喉口为中心的球面波。但是加了号角的音箱即便是球面

波，声波的扩散角也比普通扬声器小的多。

图4

不过，现在的远程投射号角已经有了些改变，如图4。将八字型号

角的中间部分加了个菱型的塞子。号角中间的菱型塞子可以将高音在

号角中间部分的声波做延时处理，使得声波从号角的喉口到号角的出

口各部分的时间相等。这样，声波在该号角出口各部分的相位角是相

同的，在号角的出口部分的波阵面也趋向于柱型。

3、使用“线性阵列”加强指向性

除了号角外，另外一个方法**是让音箱发出柱面波，用多只喇叭

单元进行排列，广播音柱是比较容易见到的柱面波音箱，很显然，它

的垂直指向性很强，但是水平指向性一般。如果想要增强水平指向性，

可以采用“线性阵列”音箱或音柱，即将音箱或音柱排列成一行。再

在这些中高音单元前加声学透镜，将音频信号数字化后进行分频及复

杂的数字效果处理，然后转换为模拟信号分别对每个单元独立放大驱

动。

4、使用超声波扬声器加强指向性

使用超声波扬声器来加强指向性，其原理是利用超声波的强指向

性来实现定向声波传播的目的。

超声波因为频率较高，波长较短，不容易发生衍射，指向角较小，

拥有较好的指向性，而可听声波的频率较低，波长较长，容易发生衍

射，从而绕过传播过程中的障碍。

与传统扬声器的原理不同，超声波扬声器将超声波作为载波信号，

再将音频信号调制到高频信号中实现在空气中的定向传输，并**终在

空气中实现自解调，即可使人耳能够听到被还原的音频信号。

具体地说，基于超声波的声波定向传播技术，其基本原理是将可

听声音信号调制到超声载波信号之上，并由超声换能器发射到空气中，

不同频率的超声波在空气传播的过程中，由于空气的非线性声学效应，

这些信号会发生交互作用和自解调，从而产生频率为原超声频率之和

(和频)与频率之差(差频)的新声波。只要超声波选取合适，差频声波则

落在可听声区间，即20Hz-20000Hz。这样，借助超声波本身的高指

向性，即实现了声音定向传播的过程。

20世纪60年代Westervelt(韦斯特维尔特)和Berktay等人发现

了超声波在空气中非线性传播的自解调效应，20世纪80年代，日本

KamkuraT等人成功制作了这种扬声器装置，从而实验上验实了这种

原理的正确，2002年美国人Joseph则继续推动了该项技术在实际