声频定向驱散系统原理研究

    0 引言

    传统扬声器发出的声波全向传播，难以产生高指向性可听声。 而声频定向系统可用较小尺寸的换能器产生高指向性可听声波[1]。 在指向性区域外听到的声音将很微弱或根本听不到。 目前声频定向系统在世界上又被称作参量声学阵（parametric acoustic array）、参量扬声器(parametric loudspeak-er)、音频聚光灯(audio spotlight)、声束扬声器(audio beam loud-speaker)、超声频声音(hypersonic sound)、指向性声学系统(di-rectional acoustic system)等等[2]。

    2000 年由美国 ATC (American technology Corporation)公司率先研制成声频定向商业化产品，成功装备了部队，主要用于军舰反恐[3]。 事实上作为军用产品，这类声波武器具有两种功能:一种是指向性警告功能，即当敌人在 500 码以外时，发出高指向声波进行严厉警告;二是攻击功能，即当敌人进入 200 码以内时， 将警告声代之以 12OdB 的大功率攻击声波，使敌人丧失行动能力，其作用类似于榴弹枪。此时声频定向系统就变成了一种指向性声波武器。 目前美国 ATC 公司研制的该类非致命性声波武器已成功装备了美国第 2、3、5、7 舰队及 Carl Vinson 号航空母舰 ， 成为了一种舰艇反恐利器。 此外声频定向系统还可用于机场、农田驱鸟，边防安全、港口安全、边境缉毒缉私等领域。 还可应用于各种需要提供私人视听环境的场合，例如自动取款机(Automatic Teller Ma-chine，ATM)的语音服务系统 、机动车报警器 、多国会议 、展厅展台、餐厅音响服务、产品介绍、手机及其他消费电子等，也可以在舞台表演和家庭影院中利用该系统制造出虚拟 3D音效。

    本文介绍了声频定向系统的基本原理及其系统组成，为声频定向系统在非致命领域的应用做出理论研究，为下一步实际应用打下基础。

    1 声频定向系统基本原理

    声频定向的基本原理是将普通声波调制成两列频率分别为 f1、f2 的超声波信号, 通过空气的非线性传播作用自解调产生频率为(f1-f2)的差频声波，若超声波频率选择合适，则可产生与声波信号一致的高指向性声波， 即以超声波为载波发射具有强指向性的攻击声波。 声波在空气中传播的衰减系数正比于其自身频率的二次方， 所以频率较高超声波将很快衰减， 最后只剩下在可听声频率范围的差频声波在空气中继续传播。 由此超声波传播距离很近，攻击声波则可以传播较远的距离。 由于超声波传播的高指向性使得产生的攻击声波也具有较高的指向性[4]，这就是声频定向驱散系统基本原理。

    声频定向驱散系统关键在于实现声波信号的指向性，只有实现较好的指向性才能针对具体目标和特定区域实施定向驱散，达到近距离驱散非法聚众人群目的，在实际使用过程中才能体现其技战术价值。