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新型声学超材料设备精准控制声音方向,可锁定特定人士传送

2024-12-24 212

想像一下,你距离某个音源好几百米,但声音却没有因距离遥远而失真或减弱强度,相反地,清晰的仿佛就在耳边——这可能就是未来声学超材料设备能办到的奇效。

超材料(metamaterial)没什么特别之处,它们的本体也不过是普通又常见的材料,如:塑胶、纸张、木材或橡胶等,只是精心设计出内部特殊的几何结构,而展现出不同于一般材料的超材料特性,科学家对超材料最早的研究为“负折射率超材料”。

而声学超材料(acoustic metamaterial)属于相对新颖的领域,约 21 世纪初才陆续出现研究成果;今年早些时候,来自波士顿大学的团队发表一种新型声学超材料设备,外型有如甜甜圈,中间留了一个大洞让空气得以流通,却能神奇的阻挡 94% 声音穿透。

波士顿大学团队就是先算出拥有精准角度的环形结构,可干扰传入的声波并加以反弹,让声音“远离”你的耳朵,在团队的实验中,设备有效阻挡了恼人的高音频噪音。

而现在,来自英国萨塞克斯大学与布里斯托尔大学的科学家,近日于 CHI 2019 会议上展示另一种新的声学超材料设备“Vari-sound”,有可能在未来改变音乐会、演唱会、剧院等大空间传递声音的方式。

研究团队在设备中加入了准直仪(collimator),使声音得以定向传输,有如光学系统,这可能有什么应用?比如超乎想像的“声学望远镜”,从茫茫人海中择定某人传送/接收声音;高度聚焦的声音也可以从嘈杂背景噪音中脱颖而出,比如应用在户外广播系统。

又或者,这种设备在音乐厅可以呈现完美的 360 度环绕音效,确保每个观众都拥有最佳聆赏体验——不管你是花好几千元坐在上等席、还是只花 1,000 元坐在最后一排。你知道,在大型音乐厅中,只有坐在中间位置的人拥有最佳环绕音效体验,角落边缘人可没这个福利。

当然,最让人期待且难以置信的应用,就是一副不用塞进你耳朵、但音乐只有你听得到的耳机,大概和只有你看得见、别人看不见画面的屏幕防窥片同理。

此外,超材料还有一个好处,就是更便宜、更容易制造,团队的原型设备虽然简单,但却降低了新型音响的设计门槛,声学超材料未来的相关应用确实令人兴奋。

▲ 传统音响往四面八方传递声音,声学超材料音响则可以定向传输声音。

  • Metamaterial-based acoustic lenses focus on the future of super-targeted speakers and microphones
  • How to create a spotlight of sound with LEGO-like bricks

(图片来源:萨塞克斯大学)

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2019-05-10 03:04:00

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