日前，研究人員開發(fā)出了一款3D打印樂高樣式的磚塊，這些奇形怪狀的東西到底有什么用？它們可以創(chuàng)造聲波全息圖，換句話說，就是3D形狀的聲音——3D打印聲波。磚塊由常規(guī)3D打印機制成，并且用作全息圖的像素。

在吸音墻前測試3D打印磚塊

任何熟悉星球大戰(zhàn)的朋友都會對全息圖的外觀有一個粗略的了解：投影的圖形出現(xiàn)在半空中，特定的照明條件會讓圖像呈現(xiàn)非常逼真的立體感。雖然光學全息圖現(xiàn)在是流行文化的一部分，但其實聲學全息圖的概念和光學全息圖的概念本質上并無差別，除了不是變?yōu)?D形狀的光波而是變成了聲波。創(chuàng)建這樣的全息圖必然會耗費昂貴的資金，也會要求相當專業(yè)的操作，不過多虧了在《科學報告》雜志上發(fā)表的一篇科學研究論文，讓這種幾近苛刻的條件得以緩和，讓越來越多的人都能接觸到這項3D打印聲波全息圖技術。

由北卡羅來納州杜克大學電氣與計算機工程學教授Steve Cummer領導的一個研究小組已經開發(fā)出一種可創(chuàng)建精確聲學全息圖的新方法——3D打印的樂高磚。早先如果要創(chuàng)建聲波全息圖，需要涉及復雜的揚聲器和電子設備。但是Cummer研究團隊發(fā)現(xiàn)，3D打印磚壁可以提供更簡單、卻同樣有效的方法，來將聲波彎曲成復雜形狀。“通過我們的方法，你可以用精心設計的結構以一個異常簡單的方法來創(chuàng)建一個十分復雜的的聲波全息圖?！盋ummer表示。

使用3D打印的磚創(chuàng)建一個“A”形聲波全息圖

早期的聲波全息圖的制作方法涉及到操縱復雜精巧的揚聲器和電子設備，然而現(xiàn)如今，新型3D打印磚技術可以讓聲波全息圖變得相對簡便——通過將磚結構放置在聲音源前面，再將傳輸?shù)穆曇籼幚沓尚碌男螤睢ummer表示：“這很像一張全息照片，就好像將它放在一盞燈前，再傳遞出一個更為復雜的聲場。”

研究人員通過使用精確設計的微結構和各種打印材料制作了3D打印磚塊，并通過使用傳統(tǒng)3D打印機制造了12款不同材質的聲波磚，每種磚都能夠以不同的速度減慢聲波。3D打印磚塊被用作全息圖的“像素”，讓制作聲波全息圖的過程變得更加簡便、穩(wěn)定。為了證明該方法的有效性，研究人員創(chuàng)建了一個像素為256的聲波全息圖，并將聲波均勻地轉換成了類似字母“A”的聲場。從上圖可以看，實驗非常成功。

3D打印磚可用于改善音頻娛樂系統(tǒng)

眾所周知，聲音的形狀人眼是看不見的，3D聲波也是如此。但不可否認的是，3D聲波形狀可為包括娛樂在內的許多領域帶來相當大的便利，消費者們還可受益于這些被精確控制過的聲音形狀?！氨热纾葜v者們不僅僅可以傳達關于頻率和音高的信息，還可給予聽眾空間信息?！癈ummer的實驗室成員、上段提到的科學研究論文的第一作者Yangbo Xie表示，“用iPhone播放大提琴，聽起來就像是一個普通的揚聲器播在單聲道播放。而我們的方法可以讓大提琴的聲音縈繞在你的耳邊，讓聲音的空間感更加真實、強烈，讓人們可以有仿佛置身在真正琴房里的立體感。”

醫(yī)學超聲設備可以從此項新技術中受益

 除了娛樂功能之外，3D打印磚聲波全息圖還可操縱超聲波。超聲通常用于醫(yī)學成像，且緊湊、節(jié)能的磚塊系統(tǒng)可成為醫(yī)療設備公司的完美替代品。為了讓醫(yī)院能恰如其分地利用他們的3D聲波全息圖技術，研究人員將他們制作的3D打印磚重新收縮至大約1/100的尺寸——因為超聲波的波長更短。為了實現(xiàn)這一點，Cummer實驗室與麻省理工學院的科學家展開了合作，3D打印并制作了一些毫米大小的磚塊。此外，這些“高科技”磚塊還可以用于無線充電手機。

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