声透镜重大突破：已能够让声音变焦，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。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。

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。

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。

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。

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。

博科园-科学科普｜研究/来自: 苏塞克斯大学

博科园-传递宇宙科学之美