進(jìn)度查詢系統(tǒng)
萬網(wǎng)域名主機(jī)
我要建站
近日，哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院的研究人員，與迪斯尼研究中心和麻省理工學(xué)院（MIT）的科學(xué)家們合作開發(fā)了一種控制聲波的新方法，這種方法能夠以計(jì)算的方式，逆向設(shè)計(jì)聲音濾波器以適應(yīng)任何3D形狀，并能夠?qū)崿F(xiàn)所需的聲音濾波屬性。
在該校計(jì)算機(jī)科學(xué)教授鄭昌熙的領(lǐng)導(dǎo)下，這個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了聲體素（acoustic voxel），這是一種尺寸很小的空心、立方體形狀的腔體，聲音可以通過它進(jìn)出，就像一個(gè)模塊化的系統(tǒng)。而且這種聲體素還能夠像樂高積木那樣相互連接形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。由于其內(nèi)部的空腔，他們還可以修改結(jié)構(gòu)的聲音濾波屬性——只需改變體素的數(shù)量、大小或者連接方式就能夠改變聲音效果。
“在過去，人們也曾經(jīng)探索過通過計(jì)算來設(shè)計(jì)特定的聲學(xué)產(chǎn)品，比如某一類型的消聲器或特定形狀的小號(hào)等�！编嵅踅淌谡f，“操縱聲波的一般做法一直是通過計(jì)算設(shè)計(jì)空腔形狀。而我們的算法可以實(shí)現(xiàn)噪聲消聲器、助聽器、管樂器等產(chǎn)品的全新設(shè)計(jì)——因?yàn)槲覀兛梢詫?shí)現(xiàn)自己想要的任何形狀，甚至可以讓一個(gè)3D打印的玩具河馬聽起來像一個(gè)小號(hào)�！�
據(jù)天工社了解，他的團(tuán)隊(duì)將會(huì)在7月27日的SIGGRAPH 2016會(huì)議上提交題目為《聲體素：模塊化聲音過濾器的計(jì)算優(yōu)化（Acoustic Voxels: Computational Optimization of Modular Acoustic Filters）》的論文。
鄭教授補(bǔ)充說：“我們還提出了一種非常有趣的新方式來使用聲音過濾器——我們可以用聲體素來作為聲學(xué)標(biāo)簽，我們3D打印的每一個(gè)都是獨(dú)特的，它們里面都有編碼信息，這就相當(dāng)于QR碼或RFID標(biāo)簽，從而為以3D打印的方式編碼產(chǎn)品和版權(quán)信息打開了大門�！�
去年，鄭教授的團(tuán)隊(duì)就使用計(jì)算的方式設(shè)計(jì)和3D打印了一個(gè)Zoolophone，這是一個(gè)木琴類的樂器但是其琴鍵被制造成了動(dòng)物園里動(dòng)物的形狀。Zoolophone代表了研究團(tuán)隊(duì)在振動(dòng)聲音控制方面的基礎(chǔ)研究成果，它利用了對(duì)象的幾何形狀與其表面被擊打后產(chǎn)生的振動(dòng)聲音之間的復(fù)雜關(guān)系。
而在這個(gè)最新的研究中，鄭教授的團(tuán)隊(duì)又提出了一種計(jì)算的方法以便于許多產(chǎn)品更好地操縱聲音傳播，比如汽車消聲器和樂器等。
“在使用3D打印機(jī)的今天，幾何復(fù)雜性不再是障礙。再?gòu)?fù)雜的形狀都可以很輕松地制造出來�！编嵅踅淌谡f：“所以問題就變成了，我們可以使用復(fù)雜的形狀來提高產(chǎn)品的聲學(xué)性能嗎？”
于是，他們提出了利用聲體素——這是一種單一、模塊化的聲濾波器形狀，可以使用數(shù)字模擬來預(yù)計(jì)算其聲音過濾行為。在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)了一種新的算法，這種算法使得他們能夠像組裝樂高積木那樣把裝聲體素組裝成復(fù)雜的結(jié)果，以制造出具有針對(duì)性的聲學(xué)濾波屬性。
聲體素的創(chuàng)造也使得鄭教授的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的領(lǐng)域：制造聲音標(biāo)記來唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)3D打印對(duì)象，這種聲學(xué)編碼可以將信息（比如版權(quán)）植入一個(gè)對(duì)象的形狀當(dāng)中。獨(dú)特的聲體素組合方式會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的聲波簽名。所以兩個(gè)對(duì)象盡管可能具有相同的外觀，但如果它們內(nèi)部聲體素組合的方式不同的話，也會(huì)產(chǎn)生完全不同的聲音。研究人員可以記錄不同聲體素組合發(fā)出的聲音，并使用自己開發(fā)的一個(gè)iPhone應(yīng)用程序來準(zhǔn)確地標(biāo)識(shí)每個(gè)對(duì)象。
研究人員們稱，聲學(xué)標(biāo)記有可能成為QR碼和RFID標(biāo)簽的有益補(bǔ)充，因?yàn)楹筮厓蓚�(gè)技術(shù)需要完全獨(dú)立于制造過程的操作。如果制造商能夠直接將ID信息植入對(duì)象內(nèi)部，他們將節(jié)省出單獨(dú)對(duì)部件貼標(biāo)簽的時(shí)間、精力和費(fèi)用。此外，聲學(xué)標(biāo)簽也可以編碼原創(chuàng)的版權(quán)信息。
據(jù)悉，鄭教授當(dāng)前的這個(gè)聲體素項(xiàng)目是為了制造出可度量的制造聲音的對(duì)象，而如今，他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了如何將信息和標(biāo)志嵌入對(duì)象的聲音當(dāng)中，而且無需在制造之后進(jìn)行單獨(dú)處理。下一步，他們打算將聲體素技術(shù)用于通過計(jì)算控制超聲波。鄭教授說：“我們正在研究操縱超聲波的一些有趣的可能性，比如隱形，我們可以使對(duì)象扭曲聲音的傳播使得超聲波無從探測(cè)。這可能導(dǎo)致新的聲納系統(tǒng)或水下通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這是一個(gè)令人興奮的新領(lǐng)域�！�
這項(xiàng)研究工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和Adobe公司的部分資助。