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(xué)全息圖現(xiàn)在是流行文化的一部分，但其實聲學(xué)全息圖的概念和光學(xué)全息圖的概念本質(zhì)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(xué)報告》雜志上發(fā)表的一篇科學(xué)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(shù)。

由北卡羅來納州杜克大學(xué)電氣與計算機工程學(xué)教授Steve Cummer領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種可創(chuàng)建精確聲學(xué)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(fù)雜的揚聲器和電子設(shè)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(fù)雜形狀。“通過我們的方法，你可以用精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)以一個異常簡單的方法來創(chuàng)建一個十分復(fù)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(fù)雜精巧的揚聲器和電子設(shè)備，然而現(xiàn)如今，新型3D打印磚技術(shù)可以讓聲波全息圖變得相對簡便——通過將磚結(jié)構(gòu)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(fù)雜的聲場。”

研究人員通過使用精確設(shè)計的微結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhuǎn)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(nèi)的許多領(lǐng)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。“比如，演講者們不僅僅可以傳達關(guān)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(xué)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(xué)超聲設(shè)備可以從此項新技術(shù)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(xué)成像，且緊湊、節(jié)能的磚塊系統(tǒng)可成為醫(yī)療設(shè)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(shù)，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(xué)院的科學(xué)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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