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超聲波揚聲器的應(yīng)用與安全
超聲波是一種頻率大于20000Hz的機械波,因為其頻率大于人類耳朵所能聽到的上限頻率而得名。超聲波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,給人們帶來了很多便利。而超聲波廣播則是其在公共廣播行業(yè)非常實用和典型的應(yīng)用。
認識波、聲波與超聲波
波是現(xiàn)實中十分常見的物理現(xiàn)象,波動是物質(zhì)運動的重要形式,廣泛存在于自然界。按性質(zhì)來分,波主要有四種─機械波、電磁波、引力波、物質(zhì)波。其中,機械波由物體的振動而產(chǎn)生,機械波的傳輸需要介質(zhì)的參與;電磁波,又稱電磁輻射,是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,電磁波的傳輸不需要介質(zhì)的參與,可以在真空中進行;引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。在1916年,愛因斯坦基于廣義相對論預言了引力波的存在;物質(zhì)波屬于量子力學的范疇,任何物質(zhì)既有粒子性又有波動性(波粒二象性),因此就有物質(zhì)波,也稱為德布羅意波,如電子波、中子波等。所有波都頻率、波長、相位三要素。
聲波是一種常見的機械波,成年人的耳朵所能聽到的聲波范圍為16Hz-20000Hz,為了便于記憶,一般記為20Hz-20000Hz。其實,人耳朵所能聽到聲波的頻率是與年齡相關(guān)的,隨著年齡的增長,人耳所能聽到聲波頻率范圍會變小,小孩子能聽到30000Hz~40000Hz的聲波,聽覺好的成年人能聽到的聲波頻率常在30Hz~16000Hz之間,50歲以上的人只能聽到13000Hz的聲波,老年人則常在50Hz~10000Hz之間,而且老年人會先喪失對高頻信號的聽覺,并會逐漸向中頻和低頻發(fā)展,發(fā)展到中頻是就會影響語言交際。
低于20Hz的聲波稱為次聲波,而高于20000Hz的聲波則稱為超聲波。超聲波的特點是,方向性好(與功率和頻率呈正相關(guān)關(guān)系),穿透能力強,易于獲得較集中的聲能。
超聲波揚聲器的優(yōu)勢
聲波是一種球面波,在傳輸?shù)倪^程中極易產(chǎn)生衰減,當超過一定距離后就聽不到或聽不清,影響語音清晰度。同時,在傳統(tǒng)的室內(nèi)擴聲系統(tǒng)中,由于麥克風、功放和揚聲器“同處一室”,麥克風采集的聲音被功放放大后,往往會回到麥克風中,形成聲反饋,產(chǎn)生自激和嘯叫,也正是因為這樣,麥克風的敏感度不能太高,不能實現(xiàn)遠距離拾音。超聲波揚聲器可以很好地解決上面的問題,首先,聲波被調(diào)制成超聲波定向傳播,指向性好,而且在傳輸過程中幾乎不產(chǎn)生衰減,到達受眾后產(chǎn)生自解調(diào),聲壓和聲強不會發(fā)生減少,從而保證“聽得見,聽得清”;同時,由于超聲波是定向傳播的,因此不會向四面八方傳輸,也就不會回到麥克風中,不會產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫現(xiàn)象,整個擴聲系統(tǒng)中無需反饋抑制器;同時,因為不會產(chǎn)生聲反饋現(xiàn)象,系統(tǒng)中的麥克風的敏感度可以做得較高,實現(xiàn)遠距離的拾音,讓演講者的活動范圍更大。
在實現(xiàn)的應(yīng)用中,由于受眾較多,超聲波揚聲器的指向性較強,角度較小,要保證所有受眾都能夠接受到聲波,可以采用超聲波揚聲器陣列,效果更好。
超聲波的安全性
超聲波是機械波,它不是電磁波,沒有電磁輻射的問題(電磁輻射容易產(chǎn)生白血病,尤其兒童更容易得?。M瑫r,超聲波的生物效應(yīng)決定于超聲劑量,在一定的劑量下它不會產(chǎn)生有害的作用,包括對于胚胎和早孕胎兒,只要低于100毫瓦每平方厘米(換算后得到1000瓦每平方米),是沒有危險的。
事實證明,超聲波在國際規(guī)定的安全閥值條件下是安全的,因為它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用:超聲碎石、超聲消融腫瘤、B超成像、超聲波刷牙、超聲波美容(去眼袋)、超聲波清洗(龍蝦、茶垢、去污等,尤其是一些表面不能或不方便物理觸碰的物體)、超聲波加濕器、超聲波驅(qū)鼠器、超聲波焊接(包括塑料焊接和金屬焊接)、超聲波測距、超聲波測速、超聲波指紋識別(小米5s、樂視Max2)、超聲波探傷、超聲波雷達、超聲波殺菌消毒(水果罐頭、牛奶、果汁、醬油、飲用水及酒類)等。
而且,人體組織對超聲波能量有比較大的吸收本領(lǐng),當超聲波在人體組織中傳播過程中,其能量不斷地被組織吸收而變成熱量,其結(jié)果是組織的自己身體的溫度升高。超聲波溫熱效應(yīng)可增加血液循環(huán),加速代謝,改善局部組織營養(yǎng),增強酶活力。一般情況下,超聲波的熱作用以骨和結(jié)締組織為顯著,脂肪與血液為少。
超聲波在生活中與我們息息相關(guān),超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中,其應(yīng)用也不斷地的發(fā)展之中,相信將來會有更多的超聲波技術(shù)服務(wù)于人類。