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超声波扬声器的应用与安全
更新时间:2017-11-28 11:29:01 编辑:雪韵 文章来源:江苏中协 调整文字大小:【
[导读] 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。

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。

认识波、声波与超声波

波是现实世界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。

超声波扬声器的优势

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。

超声波的安全性

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绝对安全的,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,脂肪与血液为最少。

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。

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