大多數人從未想過：在沙井、地庫、維修隧道及鋼筋混凝土公用設施室之內，手機往往完全失去作用。無線電信號（LMRS、LTE、LoRa）會被泥土、混凝土與鋼筋大幅衰減及屏蔽。在密閉空間意外中，歷史上超過 60% 的死亡個案是救援人員本身——缺少通訊渠道，牆壁兩側的生命都可能受威脅。

SonoResQ 是我對此缺口的回應：一套以電池運作、無需既有基建的緊急通訊系統，把建築物內既有管道化作聲波數據波導。當射頻被物理阻隔時，工作人員按下一個按鈕，短訊 SOS 封包（含節點識別碼及存活時間）便沿管道網絡傳至地面接收端。

使用情境：射頻受阻的地下空間、夾固於管道的一鍵 SOS 節點，以及導向地面接收端的聲波路徑。

運作原理

設計建基於三個想法：

• 管道本身已是基建。uPVC／HDPE 管道承載低千赫茲聲波的衰減遠低於開闊空氣——管道成為通道，無需重新佈線或另建網絡。
• 以聲波傳數據，而非追求頻寬。負載刻意極小：固定 16 位元組，載有緊急旗標、節點識別碼及存活時間。調變採用 ggwave（多頻 FSK，輔以 Reed–Solomon 錯誤更正），設定為 MT Fastest 並使用直接序列展頻（DSS）——取穩健而非速度。
• 不對稱運算節省地下節點電力。地下節點保持簡單省電（產生音調、基本解碼）；地面接收端（Raspberry Pi Zero 2W）負責持續監聽、信號處理與錯誤更正解碼。

節點之間，中繼器先監聽、解碼，再等候約 200 毫秒以避免自身回音，然後重傳——配合存活時間計數器與訊息識別碼快取，使網絡可逐跳中繼，而不會自我泛洪。

中繼節點架構：RP2350 加 MAX9814 自動增益控制前置放大器（48 kHz DMA 擷取），驅動夾固於管壁的 4 歐姆／25 瓦振動驅動器。

實驗結果

我在模組化 uPVC 試驗架（DN150–300，空氣填充）上驗證系統：2 米及 4 米直線，以及經 45° 彎頭的 8 米非視距路徑。每種條件至少進行 50 次傳輸試驗。

• 所有配置的封包送達率（PDR）均 ≥ 95%，包括經彎頭的 8 米非視距路徑。
• 解碼封包維持 訊噪比 > 10 dB；完成門檻校準後，在 30 分鐘閒置監聽中零誤報。
• 振動驅動器耦合入管壁的效率，遠高於同等電輸入的自由空氣揚聲器——新一代發射端每次警報序列平均功耗低於 10 毫瓦，每個原型節點成本低於港幣 500 元。

封包送達率對發射音量：耦合足夠後出現清晰工作區——超出該區後，送達接近確定（每點：三種管道配置各 ≥50 次試驗）。

作為對照，同一鏈路在開闊空氣中僅約 4 至 10 米（視環境噪音而定）。管道承擔了主要傳輸工作。

製作過程的體會

最終硬件來自一年失敗迭代，過程與結果同樣重要：ESP32 加 MAX9814 可聞但在現實取樣預算內無法可靠解碼，故平台改為以 DMA 擷取的 RP2040／RP2350；協定設定按 ggwave 文件強化為固定長度負載、DSS 與 MT 模式；而中繼紀律（存活時間、識別碼快取、防護間隔、冷卻）與實體層同樣關鍵。

鳴謝

地下節點韌體暫時不公開——歡迎研究人員與教育工作者就實作細節聯絡。

SonoResQ 始於 2024 年底的個人週末興趣，其後發展成完整研究項目。技術論文與香港教育大學蒙偉業博士共同準備。亦感謝開源 ggwave 社群。

—— Cloof Siu