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超聲波揚(yáng)聲器的應(yīng)用與安全
超聲波是一種頻率大于20000Hz的機(jī)械波,因?yàn)槠漕l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(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,給人們帶來(lái)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(shí)用和典型的應(yīng)用。
認(rèn)識(shí)波、聲波與超聲波
波是現(xiàn)實(shí)中十分常見的物理現(xiàn)象,波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的重要形式,廣泛存在于自然界。按性質(zhì)來(lái)分,波主要有四種─機(jī)械波、電磁波、引力波、物質(zhì)波。其中,機(jī)械波由物體的振動(dòng)而產(chǎn)生,機(jī)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(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波,是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng),電磁波的傳輸不需要介質(zhì)的參與,可以在真空中進(jìn)行;引力波是指時(shí)空彎曲中的漣漪,通過(guò)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(duì)論預(yù)言了引力波的存在;物質(zhì)波屬于量子力學(xué)的范疇,任何物質(zhì)既有粒子性又有波動(dòng)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(zhǎng)、相位三要素。
聲波是一種常見的機(jī)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(shí),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(zhǎng),人耳所能聽到聲波頻率范圍會(huì)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(huì)先喪失對(duì)高頻信號(hào)的聽覺,并會(huì)逐漸向中頻和低頻發(fā)展,發(fā)展到中頻是就會(huì)影響語(yǔ)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(diǎn)是,方向性好(與功率和頻率呈正相關(guān)關(guān)系),穿透能力強(qiáng),易于獲得較集中的聲能。
超聲波揚(yáng)聲器的優(yōu)勢(shì)
聲波是一種球面波,在傳輸?shù)倪^(guò)程中極易產(chǎn)生衰減,當(dāng)超過(guò)一定距離后就聽不到或聽不清,影響語(yǔ)音清晰度。同時(shí),在傳統(tǒng)的室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)中,由于麥克風(fēng)、功放和揚(yáng)聲器“同處一室”,麥克風(fēng)采集的聲音被功放放大后,往往會(huì)回到麥克風(fēng)中,形成聲反饋,產(chǎn)生自激和嘯叫,也正是因?yàn)檫@樣,麥克風(fēng)的敏感度不能太高,不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離拾音。超聲波揚(yáng)聲器可以很好地解決上面的問(wèn)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(guò)程中幾乎不產(chǎn)生衰減,到達(dá)受眾后產(chǎn)生自解調(diào),聲壓和聲強(qiáng)不會(huì)發(fā)生減少,從而保證“聽得見,聽得清”;同時(shí),由于超聲波是定向傳播的,因此不會(huì)向四面八方傳輸,也就不會(huì)回到麥克風(fēng)中,不會(huì)產(chǎn)生聲反饋、自激和嘯叫現(xiàn)象,整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中無(wú)需反饋抑制器;同時(shí),因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生聲反饋現(xiàn)象,系統(tǒng)中的麥克風(fēng)的敏感度可以做得較高,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的拾音,讓演講者的活動(dòng)范圍更大。
在實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用中,由于受眾較多,超聲波揚(yáng)聲器的指向性較強(qiáng),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(yáng)聲器陣列,效果更好。
超聲波的安全性
超聲波是機(jī)械波,它不是電磁波,沒有電磁輻射的問(wèn)題(電磁輻射容易產(chǎn)生白血病,尤其兒童更容易得?。?。同時(shí),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(huì)產(chǎn)生有害的作用,包括對(duì)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(xiǎn)的。
事實(shí)證明,超聲波在國(guó)際規(guī)定的安全閥值條件下是安全的,因?yàn)樗呀?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(cè)距、超聲波測(cè)速、超聲波指紋識(shí)別(小米5s、樂視Max2)、超聲波探傷、超聲波雷達(dá)、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(duì)超聲波能量有比較大的吸收本領(lǐng),當(dāng)超聲波在人體組織中傳播過(guò)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?zé)嵝?yīng)可增加血液循環(huán),加速代謝,改善局部組織營(yíng)養(yǎng),增強(qiáng)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(lái)會(huì)有更多的超聲波技術(shù)服務(wù)于人類。