LRAD 的工作原理

2005年11月，海盜在索馬里海岸襲擊了遊輪Seabourn Spirit。海盜乘坐小船，但他們裝備了機槍和火箭推進榴彈。相反，遊輪上裝有長距離聲波裝置（LRAD）。

許多媒體報導稱，LRAD成功警告並趕走了海盜，讓Seabourn Spirit毫髮無損。這些報導相當戲劇化，描述LRAD為發射聲波束的聲音武器，驅趕了海盜。

但什麼使聲音成為武器？在這篇文章中，我們將回顧聲音的基本知識並探討LRAD如何產生其聲波束。我們還將探討LRAD的呼叫和警告功能。

Table of Contents

噪音水平

聲音越大，耳朵內的結構移動越多。音調越高，移動越快。大聲或高音調的噪音可以超過痛閾——聲音變得痛苦的點。以下是一些日常聲音與LRAD設備的比較：

聲波的疊加（此示例使用橫波而非縱波，因為它們的差異更容易看到）不管是什麼創造了聲音，聲音總是由波組成。這些波通過空氣、水或地面等物質傳播。它們在前進時與物質（有時也與其他波）互動。以下動畫將向您展示聲波的基本原理及其傳播方式。

聲波可以在不太變形或改變的情況下穿過彼此。但在適當的條件下，聲波可以顯著改變彼此。例如，相位相反的相同聲波（它們的壓縮和稀疏反轉）可以相互抵消。另一方面，相位相同的相同波將壓縮和稀疏結合，增加其幅度。

當聲波傳播時，它們向所有方向擴散，形成彎曲的波前。離源越遠，它們擴散越多，聲音也越小。然而，高頻波不如低頻波擴散得多。此外，長波長的波通常比短波長的波傳播得更遠。

還有許多關於聲音的知識，但了解這些基本知識足以理解LRAD系統。接下來我們將看看LRAD如何創造聲音並利用這些物理特性。

LRAD系統有很多以錯列方式排列的傳感器。 LRAD的工作是產生聲音——大量的聲音。它產生的聲音非常大，可以在相對較長的距離內聽到。但它不限於產生用作聲波武器的痛苦噪音。它還可以將聲音或錄音放大到大而清晰但不痛苦或使人無法忍受的水平。

LRAD不是使用一個大的運動裝置來產生所有這些聲音，而是使用許多小裝置。揚聲器通常使用一個快速運動的膜來產生聲音。而LRAD使用了一組壓電傳感器。傳感器簡單地說就是將一種能量轉換為另一種能量的裝置。在這種情況下，它將電信號轉換為聲音。

壓電材料是一種永久電極化的物質——它有一個帶正電的一面和一個帶負電的一面。如果對壓電材料施加壓力，它會產生電信號。另一方面，如果對其施加電荷，其分子會移動並改變形狀。

通過來自電池、發電機或其他來源的電流，LRAD對許多壓電傳感器施加電荷。傳感器快速改變形狀並產生聲波。對壓電材料施加電荷會導致其改變形狀。

所有這些傳感器都固定在安裝表面上。它們是錯列排列的，以允許更多的傳感器在較小的空間內安裝。這有助於LRAD產生非常大的聲音——相同的波從傳感器中發出，並且其幅度結合以產生更大的聲音。

LRAD的背面有把手，便於人們引導其產生的聲音。除了產生大量的聲音，這些聲波武器還相對定向。換句話說，LRAD的聲音不像普通揚聲器的聲音那樣擴散。雖然站在裝置後面或旁邊的人仍然能聽到聲音，但聲音不那麼大。即使在聲波束之外，聲音仍然可能很大。因此，操作人員和附近的工作人員通常會佩戴聽力保護裝置。

LRAD裝置利用聲波的相位、裝置的大小和空氣的性質來創造更定向的聲音：

外圍的傳感器與內部的傳感器並不同相。聲波相互作用，抵消了一些最外層的波，使得在聲波束之外聲音不那麼明顯。
裝置的直徑大於其產生的大多數波長。這使得裝置能夠創造出比圓形更平坦的波前，防止聲音擴散。
當聲波通過空氣時，空氣干擾聲波。隨著LRAD的聲波與空氣相互作用，它們在波內創造了額外的頻率。這樣的波被稱為參數生成波，許多揚聲器試圖防止它們。而LRAD利用它們來創造更多的音調並增加音量。

其結果基本上是一個揚聲器，可以接收來自麥克風或錄音設備的輸入。然後它可以放大該輸入，允許執法部門和軍事人員給出指令和警告，或清理建築物和驅散人群。

如果這些語言指令不起作用，LRAD可以產生接近或超過痛閾的響亮警告音。當用於引起痛苦或迷惑時，LRAD是一種非致命武器。接下來，我們將探討以這種方式使用LRAD的優缺點。

最強大的LRAD裝置——LRAD 2000x的基本規格：範圍8900米，最大輸出162 dB。即使是基礎型號LRAD 100x，也比標準擴音器大20到30 dB。

LRAD公司在2000年攻擊美國海軍Cole號之後開發了LRAD。其最初目的是幫助執行美國軍艦周圍的安全區。使用LRAD的默認設置，船員可以警告靠近軍艦的船隻必須改變航向。

當用於通信時，它的聲音大而清晰，但通常不會造成痛苦。然而，如果船隻不改變航向，船員可以超越LRAD的默認設置。然後，LRAD會產生響亮、令人厭煩、潛在的痛苦噪音，起到威懾作用。理想情況下，船隻會離開該區域，無需船隻使用致命武力。

警察部門和陸基軍事單位已經找到長距離聲波裝置的用途。當局如警察部門可以發出警告和指令，讓大批人群能夠聽到。他們甚至可以使用這些裝置命令人群散去。

人權組織和聽力專家都對LRAD提出了擔憂。根據國立衛生研究院（NIH），任何超過75 dB的聲音都可能損害人的聽力。這意味著LRAD可以威脅任何在其路徑中的人的聽力，不論是否有不當行為，即使僅用於通信。

像電擊槍、催淚瓦斯和非致命彈藥一樣，LRAD可以用於人群控制和其他情況作為非致命武器。非致命武器具有一定的爭議性。人權組織強調，儘管它們較不致命，但仍然是武器，在某些情況下已經造成死亡。

特別是LRAD受到了批評，因為其效果可能包括永久性聽力喪失，而非致命武器的效果應該是暫時的。最後，有些人質疑LRAD的有效性，因為佩戴簡單的耳保護裝置就可以使其無效。

聲音除了用於通信和音樂外，還有許多其他用途。除了LRAD技術，這裡有一些例子：