定向音响|定向音响在博物馆里的应用

• 深圳市深层互联科技有限公司
• 时间：2022-08-23 12:01

定向音响系统又被称为扬声器系统，声束扬声器系统或参量声学阵列，简称定向扬声器，是指具有高指向辐射特性，能够把声波控制在特定区域内，从而实现声频的定向传播的扬声器系统。

目前定向声技术较成熟并已实现商品化生产的定向音响产品，主要有如下三类，前两类产品在结构定型后，其定向辐射的各项参数是用户不能随意改变的。而第三类被称为可控指向性声柱的产品的最大特点，是用户可对其指向特性进行调节控制，在一定范围内作出改变。

• 声聚焦扬声器
• 超声扬声器
• 可控指向性声柱
•  

上述几种定向音响所具备的定向辐射特性，能在恶劣声学环境中，达到提高语言清晰度和减少对外界环境的声污染等功能，非常适合展厅、机场(候机楼)、大型车站、商场以及各类展陈建筑对扩声特性的特殊要求。所谓“展陈建筑”主要指用于文物珍品的收藏和展示陈列(展陈)的场所。如各类博物馆、艺术馆、美术馆、纪念馆、科技馆和文化馆等。

本文主要介绍三种定向音响的结构、特性及其在展陈建筑中的应用。

1.声聚焦扬声器

结构和特性

声聚焦扬声器亦称为聚音罩(dorm speaker)。

图1聚音罩

声聚焦扬声器的外形，配置透明材质直径40～80cm的声反射罩，采用双抛物线的分散控制专利技术，以线性柱状控制形式进行精确聚声，能够在圆顶下的柱状范围内聚集中、高频段声音，抑制相邻区域播放的声音的相互干扰。部分声聚焦扬声器还可以配置红外感应功能，红外传感器控制内置的功放，当有人走近声聚焦扬声器下方时即自行启动，播放出相应的语言或音乐节目，人离开后即自动停止播音。

应用

博物馆，科技馆等空间比较大的室内展厅

图2声聚焦扬声器应用于西班牙国家博物馆的场景。

优缺点

声聚焦扬声器的优点是结构较简单。其缺点是对相邻区域声音的隔离功能有一定局限性，尤其对低频的聚声效果有所逊色；体积庞大，占用空间较多，直径大小不同，需要根据场地的大小及罩下方的人数来定制尺寸。

图3显示某展厅需要以3~5m的间距并列多个声聚焦扬声器的场景

通过在现场体验，同时开启两只扬声器声音就相互干扰。说明此类扬声器起码在间隔5～6m以上且声压级较低的条件下才能真正发挥其“聚焦”的优越性。另外由于此类扬声器应用面还不是很广，目前市场价格仍偏高。如某国产品牌(配置直径30in透明反射罩和25w功放)报价每台四千多元，进口产品则价格翻倍。

2.超声扬声器

原理及发展史

超声扬声器的工作原理是利用超声波在空气传播中的非线性交互作用产生高指向性自解调可听声，从而实现声频的定向传播。

图4定向音响，独立音区     

图5定向音响相隔2米的展台声音互不影响

超声扬声器具有比声聚焦扬声器更强的指向性，根据现场亲自体验，距离指讲定向音响约2m处，可以听到清晰的、给人以“耳边细语”感觉的声音，而整个大厅范围仍保持安静；如果向左、右偏离1米就完全听不到声音。图4显示，当仅用一台指讲定向音箱时，具有极窄的波束，因而具有超强的指向性。当同时使用两台指讲定向音箱作双通道工作时（图5），通过改变两台定向音箱的相对位置，还可做到在一定范国内对指向性的强弱和波束的指向等参数进行调控。

典型产品

深层互联指讲®定向音响系列具备超强指向性，采用高精度人体感应技术，对比传统人体红外感应器大幅度提高了人体感应的准确度和灵敏度，能实现小区域、小角度精准感应。其中指讲®定向音响系列里的投影型号还在行业内首次引入投影概念，通过投影图案的方式将定向音区或互动内容展现出来，避免贴地贴影响美观，开创了行业先河。

图6指讲®定向音响不同安装方式的示意图

应用案例

长期以来，博物馆等展陈建筑的展厅对各类展品的介绍说明，除了文字和图片外，通常都依靠解说员在现场对观众进行分批解说。这种“羊群式”的导览方式往往限制了观众的自由取舍权，且造成人流的周转效率很低。而各类展陈建筑中较大面积的展区(展厅)，通常都会同时布置多个不同展品的展柜、展台。如果多个展项同时解说则相互干扰，效果不佳。近年开始逐步应用无线导览机出租给观众，把展厅、展台编上号，观众自行对号选择收听，还可以选择多种不同语言。但设备价格较昂贵，要收取观众押金，管理繁琐，且损坏率高。观众不论是手持小音箱或是用耳机收听，都感到不方便，不自然。近年国内外部分博物馆、美术馆逐步推广应用带自动感应的超声扬声器播放解说词和背景音乐。各展台能做到基本互不影响，在一定程度上改变了“羊群式”观展的困局，提高了整个展馆的管理水平和观众的周转效率。超声扬声器与无线导览机互为补充，给观众多一种自主导览选择。

由于定向音响具备超强指向性，使其适用于更广阔的范围，除了展馆，博物馆外还广泛应用在各类公共场所：

·   商超:顾客可按需获取商品的专属介绍及促销信息。商品间地语音介绍互不影响，同时又能降低环境噪音，提高了顾客的购物体验

·   广告传媒、数字标牌：提高广告的效率，降低噪音污染

·   地铁站、电梯：定向播放须知，避免噪音污染

·   银行、学校、医院、家居等：声音及对话内容只有目标客户可接收到，既保证了顾客的个人隐私，又不会干扰到周围顾客

3.可控指向性声柱

结构原理

基于传统的声学基础理论-声干涉原理制成的多扬声器列阵称为声柱。声柱的垂直平面形成一个波束，表现出较强的指向性。而在声柱水平面，其指向性与单只扬声器大体相同。传统的声柱在其结构定型后，使用者不能随意改变其各项声学参数。

可控指向性声柱是传统声柱与现代DSP技术完美结合的产物。通过配置DSP（数字信号处理器）和内置功率放大器使声柱实现其最有价值的功能，即能按照现场声学环境和扩声的要求，在一定范围内调节改变其垂直幅射波束的扩散角度、偏转角度和波束发声中心点的高度,还可以改变音束的数量,使扬声器的覆盖区能瞄准听音者,避免激发由天花、墙壁和地面引起的混响声,从而达到在恶劣声学环境下提高语言清晰度并减少对外界声污染的目标。“可控指向性”即由此得名。

目前国内外有多家公司先后推出多种“可控指向性声柱”产品，名称各异，但基本设计思路相似，都是一长串小口径扬声器,每一个(或一组)扬声器单元配一套DSP和一路功放。

可控指向性声柱控制幅射波束偏转的基本原理是“相移法”。人们日常都有这样的体会，当一列排列整齐的士兵转弯时，靠内的士兵慢转，靠外的士兵快转,中间的士兵速度介于两者之间，一列士兵便可以形成扇形整齐地转过来。一个线声源亦可以用这种原理使波束偏转。速度快慢可以在各个点声源中分别通过DSP引入不同的延迟时间。

应用案例

可控指向性声柱开发的目的并非要追求极其尖锐的辐射特性。它在“定向”特性的基础上要求具备更大的声压级，更良好的音质，能够在现场连接笔记本电脑或使用红外遥控器即可调节改变其辐射特性，而这正是各类展陈建筑中迫切需要解决的声学问题。国内外许多博物馆、科技馆等都建有一个高大的门厅(观众大堂)，便于观众集散，团体参观(学生)讲解，甚至用作临时会场。但这类高大门厅普遍存在外形美观独特而建声条件恶劣(长混响、声聚焦)等问题，这正好是定向音响用武之地。

目前技术比较成熟，适用于各类展陈建筑(及其他类似声学环境的教堂、机场和大型商场等建 筑) 的定向音响主要有声聚焦扬声器、超声扬声器和可控指向性声柱三类，被认为是解决恶劣声学环境中提高语言清晰度和减少对外界环境的声音污染的最佳方案之一。而定向音响所具备的高指向和可控定向辐射的特性，会在更广泛的领域中具有 广阔的发展空间。