超声波扬声器的应用与安全



超声波是一种频率大于20000Hz的机械波，因为其频率大于人类耳朵所能听到的上限频率而得名

超声波技术被广泛应用于医学、军事、工业、农业等领域，给人们带来了很多便利

而超声波广播则是其在公共广播行业非常实用和典型的应用

波是现实中十分常见的物理现象，波动是物质运动的重要形式，广泛存在于自然界

按性质来分，波主要有四种─机械波、电磁波、引力波、物质波

其中，机械波由物体的振动而产生，机械波的传输需要介质的参与；电磁波，又称电磁辐射，是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，电磁波的传输不需要介质的参与，可以在真空中进行；引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量

在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在；物质波属于量子力学的范畴，任何物质既有粒子性又有波动性（波粒二象性），因此就有物质波，也称为德布罗意波，如电子波、中子波等

所有波都频率、波长、相位三要素

声波是一种常见的机械波，成年人的耳朵所能听到的声波范围为16Hz-20000Hz，为了便于记忆，一般记为20Hz-20000Hz

其实，人耳朵所能听到声波的频率是与年龄相关的，随着年龄的增长，人耳所能听到声波频率范围会变小，小孩子能听到30000Hz～40000Hz的声波，听觉好的成年人能听到的声波频率常在30Hz~16000Hz之间，50岁以上的人只能听到13000Hz的声波，老年人则常在50Hz~10000Hz之间，而且老年人会先丧失对高频信号的听觉，并会逐渐向中频和低频发展，发展到中频是就会影响语言交际

低于20Hz的声波称为次声波，而高于20000Hz的声波则称为超声波

超声波的特点是，方向性好（与功率和频率呈正相关关系），穿透能力强，易于获得较集中的声能

声波是一种球面波，在传输的过程中极易产生衰减，当超过一定距离后就听不到或听不清，影响语音清晰度

同时，在传统的室内扩声系统中，由于麦克风、功放和扬声器“同处一室"，麦克风采集的声音被功放放大后，往往会回到麦克风中，形成声反馈，产生自激和啸叫，也正是因为这样，麦克风的敏感度不能太高，不能实现远距离拾音

超声波扬声器可以很好地解决上面的问题，首先，声波被调制成超声波定向传播，指向性好，而且在传输过程中几乎不产生衰减，到达受众后产生自解调，声压和声强不会发生减少，从而保证“听得见，听得清"；同时，由于超声波是定向传播的，因此不会向四面八方传输，也就不会回到麦克风中，不会产生声反馈、自激和啸叫现象，整个扩声系统中无需反馈抑制器；同时，因为不会产生声反馈现象，系统中的麦克风的敏感度可以做得较高，实现远距离的拾音，让演讲者的活动范围更大

在实现的应用中，由于受众较多，超声波扬声器的指向性较强，角度较小，要保证所有受众都能够接受到声波，可以采用超声波扬声器阵列，效果更好

超声波是机械波，它不是电磁波，没有电磁辐射的问题（电磁辐射容易产生白血病，尤其儿童更容易得病）

同时，超声波的生物效应决定于超声剂量，在一定的剂量下它不会产生有害的作用，包括对于胚胎和早孕胎儿，只要低于100毫瓦每平方厘米（换算后得到1000瓦每平方米），是没有危险的

事实证明，超声波在国际规定的安全阀值条件下是安全的，因为它已经被广泛应用：超声碎石、超声消融肿瘤、B超成像、超声波刷牙、超声波美容（去眼袋）、超声波清洗（龙虾、茶垢、去污等，尤其是一些表面不能或不方便物理触碰的物体）、超声波加湿器、超声波驱鼠器、超声波焊接（包括塑料焊接和金属焊接）、超声波测距、超声波测速、超声波指纹识别（小米5s、乐视Max2）、超声波探伤、超声波雷达、超声波杀菌消毒（水果罐头、牛奶、果汁、酱油、饮用水及酒类）等

而且，人体组织对超声波能量有比较大的吸收本领，当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自己身体的温度升高

超声波温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力

一般情况下，超声波的热作用以骨和结缔组织为显著，脂肪与血液为少

超声波在生活中与我们息息相关，超声波技术广泛应用于各行各业中，其应用也不断地的发展之中，相信将来会有更多的超声波技术服务于人类