水下扬声器

潜水爱好者的水下数字式对讲机作者：乔月依来源：《中国科技教育》2019年第03期设计背景2017年暑假，我同父母去海南旅游，在旅游期间我体验过一次水下潜水活动。

这次潜水活动使我的脑子里突然浮现一个问题，为什么我在水下跟教练交流只能用手语呢，如果潜水者与教练的距离太远而导致教练看不清楚手语，是否会导致潜在危险的发生呢？海底环境错综复杂，有没有更安全有效的交流方法保證潜水员的安全？带着这些问题，我查阅了一些资料，并萌生出设计水下语音呼叫设备的想法。

水下通信原理无线电波在海水中传播时会发生严重的衰减，传输距离十分有限，而声波在水中的传播性能就好得多，频率范围在1Hz至50kHz之间的声波在水中的衰减较少，可以实现较远距离的传输。

而且使用声波作为水声通信的载体，设备简单，只需使用水声换能器将电、声信号进行转换即可实现信息传播。

与目前的其他研究成果不同的是，我们的设计采用了数字式单边带水下通信方案，通话的距离更远、音质更清晰。

水下对讲机的工作过程是：由麦克录音，再通过导线传进处理机。

处理机完成通信信号的调制，然后通过换能器转化成声音传输出去。

另外一个换能器接收到水里的声信号，在处理机里转换成话音送到耳机里，就能听到对方的通话。

总体设计方案作品用声波作为信息载体，由麦克、耳机、换能器和处理机组成。

将语音输入和输出设备（麦克和耳机）、放大电路、语音压缩模块、数字处理模块、换能器及电池等部件组装成一种可被潜水者佩戴的小型水下对讲机，通过对该装置内部芯片编写程序使之能够实现数字单边带通信功能。

处理后的信号经过发射器转化成水下的声波信号发到水中传播。

通过水听器（一种接收水下声信号的装置）接收水中的声信号，然后传输到水声通信机解调模块、语音信号解码模块，最终能够通过耳机放出声音信号。

系统设计方案如图1所示。

信号的处理过程是使用者通过麦克讲话，语音采集电路对语音信号进行采集，并对语音编码，将模拟量转换为数字量。

转换后的数字量传递给数字信号处理器，在处理器内进行调制，调制后的信号经DA转换为模拟信号，经功放放大后，由换能器发送给水声信号;接收端采集到水声信道传输的信号后，先经前放电路，对信号调理，AD把调理后的信号采集编码，由数字信号处理器解调，得到语音信号，经语音采集电路，由扬声器播放。

水下扬声器水下扬声器是水下音响设备的主要发声器械。

其由于采用了软边界支撑结构和弯曲振动式压电陶瓷片，而具有频带宽、音质好，可交、直流两用的优点，它适用于水下播放音乐，或水下通话，为潜游或水下花样游泳的训练或表演，提供了一种小巧、轻便的水下声音响设备部件。

水下扬声器通过电缆从音响系统接收电子信号，而以声波在水中传播。

将水下扬声器接入音响系统的输出端，然后将水下扬声器放入水中，你就可以在水中收听音乐了。

根据你的喜好，你可以同步在水中和空气中放送音乐。

同步播放的音乐，你在水中时听到，露出水面或在岸上时也能听到。

如果将麦克风（话筒）接入放大器（音响系统），在水中的人就能听到岸上的人通过麦克风所说的话，而不需要另外的接收器。

你还可以将水下扬声器放置在高湿度的地方，如桑那浴室或各种浴室中。

这样，你在享受桑那或沐浴的愉快时，也能欣赏到美妙的音乐。

水下扬声器也可以在空气中工作。

水下扬声器本身不需要电源。

水下扬声器在游泳池的使用将水下扬声器接至你现有的音响系统，诸如卡式收录机、CD播发器等，然后将水下扬声器放入水中，你就可以在水中听到美妙的音乐了。

根据你的喜好，你可以同步在水中和空气中放送音乐。

同步播放的音乐，你在水中时听到，露出水面或在岸上时也能听到。

1. 使用1个水下扬声器a. 只需要在水中收听音乐：将原来接在音响系统的2个扬声器（左和右）断开；将水下扬声器的电缆插头插入音响系统的其中一个插座。

b. 同步在水中和空气中收听音乐：将原来接在音响系统的其中1个扬声器（左或右）断开；将水下扬声器的电缆插头插入音响系统该已断开的插座。

2. 使用2个水下扬声器a. 只需要在水中收听音乐：将原来接在音响系统的2个扬声器（左和右）断开；将2个水下扬声器的电缆插头插入音响系统已断开的插座。

b. 同步在水中和空气中收听音乐：将原来接在音响系统的其中1个扬声器（左或右）断开；将2个水下扬声器的电缆插头插入“2合1插头”，再将“2合1插头”插入音响系统该已断开的插座。

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水下声学监测系统的设计与实现研究一、引言在当今的科技领域，水下声学监测系统扮演着至关重要的角色。

无论是海洋资源的勘探、水下环境的监测，还是军事领域的应用，都离不开高效、精准的水下声学监测技术。

本文将深入探讨水下声学监测系统的设计与实现，旨在为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

二、水下声学监测系统的原理水下声学监测系统的工作原理基于声波在水中的传播特性。

声波在水中能够传播较远的距离，且其传播速度、频率、振幅等参数会受到水的温度、盐度、深度等因素的影响。

当声源发出声波后，这些声波会在水中传播，并在遇到物体时发生反射、折射和散射。

监测系统通过接收这些反射、折射和散射的声波，并对其进行分析处理，就能够获取到关于水下物体的位置、形状、运动状态等信息。

三、系统设计的关键要素（一）传感器的选择传感器是水下声学监测系统的核心部件之一。

在选择传感器时，需要考虑其灵敏度、频率响应范围、指向性等特性。

例如，压电陶瓷传感器具有较高的灵敏度和较宽的频率响应范围，常用于水下声学监测系统。

（二）信号处理算法接收到的声学信号往往包含大量的噪声和干扰，因此需要采用有效的信号处理算法来提取有用的信息。

常见的信号处理算法包括滤波、傅里叶变换、小波变换等。

（三）数据采集与存储为了保证监测数据的完整性和准确性，需要设计高效的数据采集系统，并选择合适的数据存储方式。

高速 ADC 芯片能够实现快速的数据采集，而大容量的硬盘或固态硬盘则可以满足数据存储的需求。

（四）系统的防水与抗压设计由于系统需要在水下工作，因此必须具备良好的防水和抗压性能。

这就要求在系统的外壳设计、密封工艺等方面进行精心的设计和处理。

四、系统的硬件实现（一）传感器模块传感器模块通常由多个传感器组成阵列，以提高监测的精度和范围。

这些传感器通过电缆与后续的信号处理电路相连。

（二）信号处理电路信号处理电路主要包括前置放大器、滤波器、模数转换器等。

前置放大器用于将传感器输出的微弱信号进行放大，滤波器用于去除噪声和干扰，模数转换器则将模拟信号转换为数字信号，以便后续的数字处理。

水下声呐组成水下声呐是一种利用声波进行定向探测的仪器，可用于水下探测、水下导航、海洋资源勘测等领域。

声呐通常由以下几个组成部分组成：1. 发射器（Transmitter）发射器是声呐的核心部分之一，能够产生一系列声波信号，并将其发送到水下环境中。

声波信号一般为超声波，具有高频率、高强度和短波长。

2. 接收器（Receiver）接收器是声呐的另一个核心部分，接收发射器发出的声波信号，并将其转换为电信号。

接收器通常采用水晶、陶瓷等材料制成，具有敏感度高、频率响应快等特点，能够快速、准确地接收声波信号。

3. 信号处理器（Signal Processor）信号处理器是声呐系统中重要的组成部分，主要功能是对接收到的声波信号进行处理，去除噪声和杂波、过滤无用信号、增强目标信号等。

信号处理器通常采用数字信号处理技术，能够实现高精度的声波信号处理和目标探测。

4. 天线（Transducer）天线是声呐系统中负责发射和接收声波信号的装置，通常包括发射天线和接收天线。

天线通常采用超声波谐振器、陶瓷等材料制成，具有高效率、高信噪比、高灵敏度等特点。

5. 控制器（Controller）控制器是声呐的硬件控制设备，用于控制声呐的发射、接收、调制、解调等功能，可根据不同的工作模式和负载需求进行调节。

控制器一般采用数字信号处理器、单片机、嵌入式系统等技术，具有高可靠性、低功耗、高效率等特点。

6. 电源（Power Supply）电源是声呐系统中提供能量和驱动力的装置，供给声呐发射器和接收器所需的电能。

电源一般采用锂电池、太阳能电池、油机等多种形式，具有高能量密度、长使用寿命、环保等特点。

潜水员手臂上放置一种CHAT水下翻译机，可通过水下扬声器发出声音，让海豚知道
哪种玩具可以选择。

海豚具有复杂的群体生活，可以通过身体语言和水下声纳信号表达自己的情绪。

然而，这些奇特的生物是否拥有语言呢?如果是这样，它们是如何实现语言交流的呢?目前，科学家研制一种“翻译机”，潜水员能与海豚进行交流，可以翻译海豚的声音和表达的意图。

自上世纪六十年代以来，研究人员致力于研究海豚的语言，神经系统科学家约翰-丽莱(John Lilly)曾对海豚服用LSD麻醉药，观察海豚能否与人类进行“交谈”。

此后研究人员采用更多的方法试图与海豚进行沟通，但结果表明这仅是人类的单向交流。

“野生海豚计划”创始人丹尼丝-赫岑(Denise Herzing)研制了一种水下键盘，它相当于人类和海豚之间的一种翻译机。

水下键盘叫做“鲸类听力和遥测器(CHAT)”，具有四个可识别符号，分别代表特殊的声音和玩具。

丹尼丝讲解了如何通过水下键盘实现人类与海豚的交流，海豚能够向潜水员发出与喜爱玩具玩耍的请求。

潜水员启动放置在前臂的键盘，通过扬声器发出声音，海豚分辨声音来选择需要的玩具，声音的接听和定位由两个水中听音器完成。

这项技术可以探测到海豚的自然声音，使携带CHAT的潜水员知道海豚发出哪种叫声，以及相关的意图。

同时，研究小组希望每个水下翻译机具有独特的哨声信号，便于海豚进行命名，从而使海豚能够选择希望一起玩耍的潜水员。

拍摄的视频显示，一只海豚能够向研究人员递上一条围巾。

丹尼丝说：“水下键盘还能实现人与海豚之间更深远的交流吗?海豚会模拟哨声吗?我们认为可以实现。

”。

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水下探测声呐的设计及其性能分析随着人类对海洋资源探索的需求日益增加，水下探测技术的重要性日益凸显。

水下探测声呐作为其中一个比较重要的探测设备，其设计和性能对于探测结果的准确性有着至关重要的影响。

本文将从水下探测声呐的设计和性能两方面对其进行分析。

设计方面水下探测声呐的设计需要考虑一系列因素，包括探测深度、探测距离、频率范围、功率等。

其中，探测深度和探测距离是设计中最为重要的因素之一。

探测深度的确定需要考虑水下环境的状况，比如水温、盐度、海水压力等，同时还需要考虑探测目标的位置。

一般来说，深水探测需要使用低频声波，而浅水探测需要使用高频声波。

因此，不同深度的探测需要选择不同的声波频率范围。

水下探测声呐的功率也是设计中的重要因素之一。

功率越大，探测范围就越广，但也会增加设备的能耗和成本。

同时，较大的功率也会影响到其他设备的工作。

因此，在确定水下探测声呐的功率时，需要考虑到环境和附近设备的影响。

性能分析水下探测声呐的性能涉及到其发射和接收两方面。

发射方面，水下探测声呐需要具备较高的聚焦能力和较好的波束宽度。

聚焦能力是指水下探测声呐能够集中话音成束，使其覆盖面积更小，从而提高声波的传输距离和探测深度。

而波束宽度则是指声波的散射范围，一般来说，波束宽度越小，探测范围就越广。

接收方面，水下探测声呐的性能主要取决于其信噪比和灵敏度。

信噪比是指信号与噪声的比值，越大则声波质量越高，从而提高探测的准确性。

而灵敏度则是指水下探测声呐对于微小声音的识别能力，通常体现为其对声音的探测距离，越远则设备越敏感。

结论水下探测声呐的设计和性能直接关系到其探测效果，因此需要加强设计和性能分析。

在应用过程中，需要根据不同的情况和需求，进行精确的声波参数计算和设备组合，从而实现更加精准的探测和测量效果。

扩声设计流程第一、确认厅堂功能1、需要有厅堂的平面图，立面图，标注清楚尺寸。

2、如果是会议室，要有会议室的布局图。

3、了解厅堂的功能，如会议、多功能、音乐等等。

第二、根据功能确定扩声标准1、根据所需功能找相关对应的国家标准，主要有两个：●GB50371-2006《扩声系统设计规范》●JGJ/T131-2000《体育馆声学设计及测量规程》第三、根据扩声标准中最大声压级的要求，确定音箱声压级1、找出相对应标准中最大声压级的要求2、计算厅堂距普通音箱最远点的声压级衰减，具体公式如下：A=20LgDA:衰减量D：距离3、计算厅堂距线阵列音箱最远点的声压级衰减，具体公式如下：A=10LgD4、计算得出音箱的最大声压级。

第四、根据功能要求，确定使用的音箱系列1、根据不同的使用功能选择适合的音箱系列2、检查所选音箱的频率响应是否满足扩声标准或招标文件的要求，如不满足重选其他系列。

3、检查所选音箱的功率是否满足招标文件要求，如不满足重选其他系列。

第五、根据三、四两条确定音箱型号1、根据三、四的条件确定音箱型号第六、确定音箱安装位置1、音箱安装位置的要求：●满足声场均匀度的要求●满足直达声全场覆盖的要求2、安装位置是否能安装下3、安装位置有没有明装或暗装的特殊要求，有特殊要求，选择的安装位置是否能满足。

第七、根据音箱位置画出实际场地的音箱扩散角度1、选定安装位置后，画出音箱扩散角度的水平覆盖图和垂直覆盖图。

第八、根据实际场地需要的音箱角度配置音箱数量，并确认安装位置的尺寸是否可行1、根据实际场地的角度配置音箱2、确认安装位置是否能安装下所配置的音箱尺寸3、如不能安装下，选择其他系列，或与业主、装潢公司沟通，看能否配合施工第九、通过EASE模拟，确认设计是否合理第十、音箱与功放的匹配1、音箱与功放匹配模式：●一个功放通道对应一只音箱●一个功放通道对应多只音箱●两个或多个功放通道对应一只音箱2、音箱与功放匹配方式：●音箱并接：阻抗值除以并接音箱的数量，功率相加。