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重大突破!苏塞克斯大学等采用超材料的声学透镜来操纵声音

文章来源: 博科园       发布时间:2019-05-09

日前,想象一下,在喧闹的人群中与一百英尺以外的个人交谈,而不使用手机,或者坐在音乐厅后角的便宜座位上,但听到的一切都和前面和中心观众一样。苏塞克斯大学和布里斯托尔大学的研究人员在ACM CHI计算机系统中人类因素会议上揭示了:设计光学系统的实用法则,如何也可以应用于通过声学超材料发出的声音。研究人员已经演示了第一个动态超材料装置,其变焦目标让声音变焦。该项目团队还建造了一个准直仪,能够从标准扬声器中以定向光束的形式传输声音。英国苏塞克斯大学和布里斯托尔大学的研究人员正致力于通过采用“声学超材料”以与光学镜片相同的方式来操纵声音。科学家已经发明出了能够操纵声音的设备,就像在娱乐和公共交流中创造令人兴奋的新机会一样。


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北京pk10开奖结果 这一突破可能会给娱乐产业带来革命性的变革,也会给公共生活中的沟通带来诸多方面的变革,因为它创造出了能够在人群中触及个人的定向演讲者。主持这项研究的苏塞克斯大学(University of Sussex)新型界面与互动讲师吉安卢卡·梅莫利(Gianluca Memoli)博士说:“声学超材料是普通材料,比如塑料、纸张、木头或橡胶,但经过设计,它们的内部几何形状可以塑造声音穿过的声音。自20世纪60年代以来,声透镜的概念就一直存在,声学全息图开始出现在超声波应用中。


北京pk10开奖结果 该研究小组展示了第一款动态超材料设备,其变焦目标是用于声音的变焦镜头,被称为“Vari-sound”。研究小组还建造了一个准直器(一种产生平行光束或辐射的设备),能够从标准扬声器以窄的定向束的形式发射声音。声学准直器可用于上述人群场景中的个人,或将信号对准电影院过道,以阻止人们坐在过道台阶上。


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北京pk10开奖结果 Gianluca Memoli博士的metasurface扬声器装置。图片:University of Sussex


但这是第一次探索具有实际尺寸透镜的声音系统,类似于光的透镜。”这项技术利用玻璃、木材和3d打印机塑料等日常材料,并对它们进行工程师改造,以不同寻常的方式控制、引导和操纵波,将元表面转化为声音的聚光镜。研究小组认为,这项技术提供了很多机会,包括使用声音透镜作为接收器来定位报警声音的能力,比如在机器内部识别故障,或者在房子选定的区域内区分窃贼打破窗户和背景中的狗叫声。在制造声学透镜镜的过程中,这项技术能够放大到人群中的一个人,从而传递或接收声学信息。


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北京pk10开奖结果 学者们还认为,这项技术可以带来真正360度的声音覆盖,确保每一位观众都有最佳的听力体验。莱蒂齐亚·希萨里(Letizia Chisari)在苏塞克斯大学(Sussex)的暑期实习期间为这项工作做出了贡献,正在开发一种声音功能,这种功能可以在不需要耳机的情况下,比耳机更贴近声音。这项新技术与以往先进的音响技术相比具有独特的优势,影院和家庭影院的环绕立体声系统有一个有限的听觉最佳点。仅限于狭窄的听觉区域,而音频透镜价格昂贵,目前无法传输高质量的声音。超声换能器和一些高端家用音频的声学透镜的设计比波长大得多。


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Gianluca Memoli博士的研究如何在商业环境中创造定向声波。图片:University of Sussex


这意味着使用仅限于声波频谱的较高部分。超材料比相控阵更小、更便宜、更容易制造,甚至可以用可回收材料制造。即使在有限的带宽下,超材料设备也比扬声器阵列产生更少的畸变。苏塞克斯大学计算机科学本科学生乔纳森·埃克勒斯说:我们将能够像电影《少数派报告》中那样,通过一个扬声器向在街上走动的人们发出警报。使用一个麦克风,将能够听到机器的小部件,以确定一切正常工作。原型虽然简单,却降低了设计新颖声音体验的门槛:基于声学超材料的设备将带来传递、体验甚至思考声音的新方式。


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苏塞克斯大学负责这项研究的Gianluca Memoli博士表示,声学超材料是普通材料,如塑料,纸张,木材或橡胶,但经过精心设计,使其内部几何形状能够塑造出声音。声学镜头的概念自20世纪60年代开始出现,声学全息图开始出现在超声波应用中,但这是第一次探索具有实用尺寸镜头的声音系统,类似于用于光线的镜头。


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研究团队看到了这项技术的众多机会。从使用声透镜作为高度聚焦的定向麦克风,到精确定位脆弱机械部件内的疲劳,区分破坏玻璃门的窃贼和在外面的轻声发出叫声的宠物。个人助理设备(例如Amazon Echo)也可以使用该技术来关注从房屋内的特定位置发出的命令,使得它们对背景噪声不太敏感。简而言之,这项技术在家庭娱乐,公共通信,安全,制造甚至健康产业领域的潜在好处是巨大的。


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北京pk10开奖结果 文章来源:博科园

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