科学家用声体素操纵3D打印对象的声学属性

本文摘要：近日，哥伦比亚大学工程与应用于科学院的研究人员，与迪斯尼研究中心和麻省理工学院（MIT）的科学家们合作开发了一种掌控声波的新方法，这种方法需要以计算出来的方式，逆向设计声音滤波器以适应环境任何3D形状，并需要构建所需的声音滤波属性。 在该校计算机科学教授郑昌熙的领导下，这个团队设计出有了声体素（acousticvoxel），这是一种尺寸较小的空心、立方体形状的腔体，声音可以通过它出入，就像一个模块化的系统。而且这种声体素还需要像乐高积木那样相互连接构成简单的结构。

近日，哥伦比亚大学工程与应用于科学院的研究人员，与迪斯尼研究中心和麻省理工学院（MIT）的科学家们合作开发了一种掌控声波的新方法，这种方法需要以计算出来的方式，逆向设计声音滤波器以适应环境任何3D形状，并需要构建所需的声音滤波属性。　　在该校计算机科学教授郑昌熙的领导下，这个团队设计出有了声体素（acousticvoxel），这是一种尺寸较小的空心、立方体形状的腔体，声音可以通过它出入，就像一个模块化的系统。而且这种声体素还需要像乐高积木那样相互连接构成简单的结构。

由于其内部的空腔，他们还可以改动结构的声音滤波属性只需转变体素的数量、大小或者相连方式就需要转变声音效果。　　在过去，人们也曾多次探寻过通过计算出来来设计特定的声学产品，比如某一类型的消声器或特定形状的小号等。郑昌熙教授说道，操控声波的一般作法仍然是通过计算出来设计空腔形状。

而我们的算法可以构建噪声消声器、助听器、管乐器等产品的全新设计因为我们可以构建自己想的任何形状，甚至可以让一个3D打印机的玩具河马听得一起像一个小号。　　据理解，他的团队将不会在7月27日的SIGGRAPH2016会议上递交题目为《声体素：模块化声音过滤器的计算出来优化（AcousticVoxels:ComputationalOptimizationofModularAcousticFilters）》的论文。　　郑教授补足说道：我们还明确提出了一种十分有意思的新方式来用于声音过滤器我们可以用声体向来作为声学标签，我们3D打印机的每一个都是独有的，它们里面都有编码信息，这就相等于QR字节或RFID标签，从而为以3D打印机的方式编码产品和版权信息关上了大门。

　　去年，郑教授的团队就用于计算出来的方式设计和3D打印机了一个Zoolophone，这是一个木琴类的乐器但是其琴键被制造成了动物园里动物的形状。Zoolophone代表了研究团队在振动声音掌控方面的基础研究成果，它利用了对象的几何形状与其表面被敲击后产生的振动声音之间的简单关系。　　而在这个近期的研究中，郑教授的团队又明确提出了一种计算出来的方法以便于许多产品更佳地操控声音传播，比如汽车消声器和乐器等。　　在用于3D打印机的今天，几何复杂性仍然是障碍。

再行简单的形状都可以很精彩地生产出来。郑昌熙教授说道：所以问题就变为了，我们可以用于简单的形状来提升产品的声学性能吗？　　于是，他们明确提出了利用声体素这是一种单一、模块化的声滤波器形状，可以用于数字模拟来预计算数其声音过滤器不道德。在此基础上，他们研发了一种新的算法，这种算法使得他们需要像装配乐高积木那样把装声体素装配成简单的结果，以生产出有具备针对性的声学滤波属性。

　　声体素的建构也使得郑教授的团队找到了一个全新的领域：生产声音标记来唯一地标识一个3D打印机对象，这种声学编码可以将信息（比如版权）植入一个对象的形状当中。独有的声体素人组方式不会产生独有的声波亲笔签名。所以两个对象尽管有可能具备完全相同的外观，但如果它们内部声体素人组的方式有所不同的话，也不会产生几乎有所不同的声音。研究人员可以记录有所不同声体素人组收到的声音，并用于自己研发的一个iPhone应用程序来精确地标识每个对象。

　　研究人员们称之为，声学标记有可能沦为QR字节和RFID标签的有益补足，因为后边两个技术必须几乎独立国家于生产过程的操作者。如果制造商需要必要将ID信息植入对象内部，他们将节省出有分开对部件贴标签的时间、精力和费用。

此外，声学标签也可以编码原创的版权信息。　　据报，郑教授当前的这个声体素项目是为了生产出可度量的生产声音的对象，而如今，他的团队早已展出了如何将信息和标志映射对象的声音当中，而且需要在生产之后展开分开处置。下一步，他们想将声体素技术用作通过计算出来掌控超声波。郑教授说道：我们正在研究操控超声波的一些有意思的可能性，比如隐形，我们可以使对象变形声音的传播使得超声波不得而知观测。

这有可能造成新的声纳系统或水下通信系统的设计。这是一个令人兴奋的新领域。　　这项研究工作获得了美国国家科学基金会和Adobe公司的部分资助。

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