超声波定向声系统（HSS）技术权威指南

HSS

是否好奇激光器中光在半反射镜和反射镜间来回反射？若告诉你用声音也能轻松实现类似效果，你信吗？这需要超声波定向声系统（HSS）。

利用叠加原理，HSS是本世纪最佳声音复现技术之一。

叠加原理

HSS从传统扬声器走向定向广播，但这只是表面。本文将详述HSS原理、工作机制、应用及优缺点。准备好了吗？开始！

什么是超声波定向声技术？

HSS是声音工程最令人印象深刻的方法之一。由美国科技公司开发，此创新技术有一大优势：无需分频器、高音单元、箱体、低音单元等复杂电路。且几乎覆盖所有音频频率特性。

复杂电路板特写

究竟什么是HSS？HSS是利用无害超声波在任何环境中产生可听声音的装置。正常人耳听不到超声波，但超声波利用空气特性产生可听音调，从而创造可听声音。

超声波技术

最棒的是：该系统声音仅单向传播，不扩散至HSS单元后方或侧面。不仅能让你在想要位置产生声音，还能减少噪音污染。

HSS系统工作原理

HSS技术利用空气的非线性特性工作。非线性是空气属性，通过波的连续压缩和膨胀在波内产生新波。系统以超声波为调制波，依据输入音频信号调制。当该波在空气中传播，产生新的可听频率（约20Hz-20kHz）。超声波本身人耳听不到，无干扰，仅新产生的声音可被听到。

超声波换能器结构包含以下组件：

SMPS

像其他电子系统，HSS从高滤波SMPS获取电源。SMPS常作为多电压电源出现，供电电压随输出功率变化（12V至60V）。

音频信号处理单元

采用先进音频电路解码检测所有音频输入。可按需滤波并发送至数字前置放大单元。支持多达11.2声道输入含DOLBY和DTS，还控制均衡和其他动态控制。

松下音频电路板

微控制器单元

Arduino微控制器单元

负责所有必要音频调整，常用16至32位微控制器。

数字音频前置放大器

处理从音频信号处理器传来的解码音频预放大。完成后传送至超声波调制器。

数字音频前置放大电路板

可变载波频率振荡器（VCFO）

VCFO是产生超声波载波的振荡器电路，用于调制。常用超声波晶体振荡器产生40kHz以上频率振荡。

动态DSB调制器

执行超声波与音频信号调制。高频超声波与输入数字音频调制产生高频调制波，同时滤除其他高频干扰。DSB系统可降低调制指数抑制所有失真。

超声波功率放大器

HF功率放大器处理系统输出功率，增加输出级功率。这是HSS放大单元最后一级。

超声波功率放大电路板

放大完成后将信号馈送至单片薄膜换能器发射。

单片薄膜换能器

处理HSS波向空气输出的最后单元。聚偏二氟乙烯压电换能器是最佳选择之一。换能器将超声波功率放大器传来的信号发射到空气中。超声波聚焦单一方向——如手电筒光束。人耳仅能听到HSS声束范围内的音频。

HSS系统真正如何工作？

工作流程：

超声波定向声系统包含音频节目源（如CD播放器）、HSS信号处理器、由超声波放大器供电的超声波发射器/换能器。信号处理器将语音或音乐转换为高度复杂的超声波信号，经换能器放大并传输至空气。因超声波能量高度定向，在发射器正前方形成虚拟声柱，类似手电筒光束。空气沿超声波声柱产生新声音（转换前的声音）。因仅能听到超声波声柱中产生的声音，声波不像传统扬声器向四面八方扩散，而保持在超声波能量柱内。听声音耳朵须与超声波声柱成一直线，或听硬表面反射声。例如将超声波发射器指向墙面，仅听墙面反射声，如在光线差环境用手电筒照墙，看不见光束只看见光斑。HSS同理，只是听到墙面反射的声束。立体声需每声道单独超声波发射器，左声道一个，右声道一个。