从扬声器到精密声学工具：现代定向音响系统背后的工程技术
定向声能系统从最初的公共广播和人群交流发展至今，已经有了长足的进步。如今的精确声音平台不仅可以投射声音，还可以投射力量。据报道，这些系统利用校准声压和定向声音投射技术，能够以最小的机械足迹在远距离产生非致命威慑效果。因此，这一类装置通常被称为声波武器，尽管在大多数情况下，它们被归类为非致命性声学威慑。
Genasys Inc.开发的 LRAD 系列等商业化系统，是最广泛记录的声波武器之一。Genasys 公司开发的 LRAD 系列等商用系统，是目前使用的定向声能平台中记录最广泛的例子。该公司的产品指南指出，LRAD 100X在一米处的发射功率高达 137 分贝，而LRAD 450XL在峰值条件下可达到 145 分贝。这些水平使这些设备远远超过了人们普遍接受的疼痛阈值，持续暴露在这种环境中可能会造成永久性听力损伤。尽管媒体经常提到 "声波武器"，但 Genasys 和其他制造商通常将这些系统归类为非致命声波威慑装置，供执法、军事和海事使用。
从基本扬声器到定向声能系统的转变反映了精密音响工程的大趋势。扬声器最初用于大型场馆或活动的广播，可最大限度地扩大覆盖范围，但不一定能控制方向。然而，现代设计使工程师能够将音频输出集中在紧密的波束中，实现清晰的通信和区域阻隔功能。这一原理曾经仅限于公共场所，现在已被应用于安全和防御领域。
这些系统的核心是利用精良的信号处理技术产生和操纵声压的能力。LRAD 450XL 等设备使用大功率换能器发射严格控制的声波。这种设计可将音频投射到很远的距离，且损耗极小，即使在声学条件恶劣的环境中，信号也能保持清晰。
最初的波束成形概念涉及多个声源协同工作来引导能量，而现代威慑系统则使用单个换能器阵列来实现类似的指向性。虽然这些设计在技术上不同于真正的波束成形阵列，但它们在使用聚焦声能实现控制和清晰度方面的功能是一致的。
此类系统还采用数字信号调制，可根据环境、距离和使用情况进行即时调整。风力、湿度和背景噪声等可变因素通过自适应工程学加以考虑，确保音调、频率和音量保持一致和有效。
LRAD 安全声明中所述。正如 Genasys 公司在 LRAD 安全声明中所述，这些系统旨在建立安全隔离区，提供信息和指导，并防止误解，从而在不使用动武的情况下化解局势。然而，定向声学系统的高输出可能会对健康造成重大威胁。声级超过 140 分贝（LRAD 450XL 等系统中经常出现）可能会导致耳膜破裂或永久性听力损失。美国国家职业安全与健康研究所 (NIOSH)建议噪音暴露的剂量计设置范围为 80-140 dBA。同样，职业安全与健康管理局 (OSHA)建议冲击噪声的峰值声压级不应超过 140 分贝。因此，这些系统必须在严格的安全协议范围内操作，尤其是在近距离场景或长时间部署期间。
据报道，包括声学威慑在内的非致命武器市场将持续增长。商业研究公司的分析师的分析师估计，2024 年全球非致命武器市场价值约为 82.2 亿美元，预计到 2025 年底将增至 89.3 亿美元。据报道，这种扩张是由执法、私人保安和海事部门寻求动能替代品的需求增长所驱动的。
定向声能系统的发展标志着在安全环境中设计和应用声音的方式发生了重大转变。从最初的公共广播到现在的威慑作用，这些技术反映了向精确、便携和非致命性方向发展的大趋势。虽然在媒体和公众评论中常被称为声波武器，但其实际应用通常属于声波威慑的范畴--用于管理威胁或传达警告，而不会造成永久性伤害。
