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定向声波的产生和基本原理

发布日期：2020-8-20 点击次数：

　　早在物理学家研究声音之前，甚至早在物理学问世之前，中国古人对“声学”已有相当的认识，例如战国时代的《墨经》即记载着如何将“共鸣原理”应用于守城工事。而从“隔墙有耳”这句成语，则可推断古人也了解声波必定四处扩散。然而基于种种原因，人类却又一直渴望驾驭声波的走向，于是在武侠小说这类幻想文学中，自然而然就会出现“传音入密”这样的玄妙想像。

　　在现实世界中，想让声音具有方向是极困难的一件事。即使是“科学昌明”的二十世纪末，声学科技仍致力于诸如声音品质的改良，至于声音方向则始终是非主流的题目。如今迈入新世纪，相关的理论与技术逐一成熟，“定向声波”的研究终于成为一门显学，“传音入密”也总算等到梦想成真的一天。

　　定向声波要如何产生呢?简单来说，虽然“可闻声波”(人类听得见的普通声波)通常具有扩散性，但频率更高的超声波(亦称“超音波”)却不难形成集中的狭窄波束，两者的差异可用普通光线与雷射光比拟。没错，人类当然听不见超声波，好在对于任何声波而言，空气都是所谓的“非线性介质”，因此超声波会在空气中再产生可闻声波，而这个可闻声波就能具有很高的方向性。

　　倘若追本溯源，定向声波科技可追溯到一九六○年代的声纳研究。当年一批科学家正是利用类似的原理，制造出方向性极佳的海底声纳系统。不过在海水这种介质中，定向声波的用途想来想去总离不开声纳，如今进入空气介质，定向声波却立刻前途无量。一旦声音有了方向，不可思议的用途势必层出不穷，以下所列举的例子，只是最容易联想到的几项应用。

　　汽车里的个人喇叭：例如四人座的私家车，可在车顶装设四台定向声波发射器，车内四个人便可一边(以定向声波)欣赏各自的音乐，一边毫无障碍地(以非定向声波)彼此交谈。目前为止，至少已有Daimler Chrysler这家公司推出这样的概念车，而量产也是迟早的事。

　　虚拟喇叭与环场音效：固定一处的定向声波发射器，只要瞄準墙上几个角落，便能让每一个反射点产生一个“虚拟喇叭”(反射后的声波没有方向性，就好像雷射光打到墙壁会形成发散的小光点)。这项功能最适合家庭电影院、小型视听室等场所，因为只要架设一台发射器，便能模拟出逼真的环场音效;倘若再加一点机关，环场音效就能变为动态，因为移动反射点可说是轻而易举。

　　公共场所的一对一行销：利用很简单的电子装置，商店橱窗或广告看板便可先锁定附近的行人，再对他发射定向声波来推销商品，而不会对他人产生任何噪音。著名的科幻电影《关键报告》就有类似的情节，不过其中的发射器还配备有眼纹辨识系统，因此叫得出每个人的名字。此外，类似装置亦可用在超级市场，用来向顾客提供各区商品的资讯。

　　展区的情境模拟：在博物馆或美术馆的各个重要展区，可利用定向声波製造不同的情境，还能包括展品的口头解说，丝毫不用担心互相干扰。参观者也不再需要耳机，即可随时随地听到口述的导览。提到耳机，目前需要即时翻译的场合都少不了这个累赘，相信定向声波很快也会将它淘汰。

　　自我推销的商品：在百货公司或商展中，只要将定向声波射到某件商品上，该商品便能“长出”一个虚拟喇叭，开始向围观的顾客自我推销。

　　机器与人的私密对话：例如用于提款机、售票机、贩卖机的语音说明。

　　定向声波的基本原理