利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

2020-07-05 博科園

科學家們開創了一種新技術，可以產生完全由熱產生的聲音陣列。來自埃克塞特大學超材料研究和創新中心的研究小組，使用被稱為「熱聲機」的設備，只需將一層薄金屬膜連接到一些金屬線上，就可以創建一個完全可控的陣列。其研究成果發表在《科學進展》期刊上，可能會為包括家庭影院系統在內的新一代聲音技術鋪平道路。

利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

傳統陣列已用於許多日常應用，包括超聲波和音響系統。這個陣列能讓將來自多個來源的聲音「引導」到特定方向，以獲得對所產生聲音的更好控制和清晰度。傳統的揚聲器陣列依賴於通過驅動某些對象（例如揚聲器錐體）的運動來產生聲音。然而，這項新的研究開創了完全靠熱產生聲音的揚聲器陣列：熱聲機，儘管熱聲機已經存在了100多年。

利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

但到目前為止，它們在現實世界中的應用有限。然而，與機械同行相比，它們有許多優勢。其優勢包括沒有移動部件，以及能夠用廉價、可持續的材料批量生產。至關重要的是，它們甚至可以變得透明和靈活，這對於正在生產的新一波靈活技術是可取的。在這項研究中，研究人員發現，當組合成一個陣列時，熱聲機能夠像傳統陣列一樣重現對聲場的控制。

遊戲規則的改變者

然而遠不止這些：由於它們是由電流驅動，它們產生的聲音反映了電流載體流經設備時的微妙運動，因此創造了比傳統陣列更豐富的聲場。這項研究開闢了一條從根本上簡化陣列設計的途徑，表明利用熱釋電技術，只需將一層薄金屬膜連接到一些金屬線上，就可以創建完全可控的陣列。該研究的主要作者、EPSRC超材料博士培訓中心的博士研究員大衛·塔內爾(David Tatnell)表示：

利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

利用熱能產生聲音是遊戲規則的改變者，因為它可以讓揚聲器陣列比以往任何時候都更小。這一點，以及讓揚聲器變得靈活和透明的能力。同時有很多令人興奮的潛在應用，比如智慧型手機和其他可穿戴設備中的觸覺反饋系統當一種介質被迅速加熱和冷卻時，熱量以聲音的形式傳遞到它的周圍。這種聲音的可控源是通過交流電對薄的導電薄膜進行焦耳加熱來實現。

利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

新研究展示了這些源陣列產生該機制所獨有的聲音，僅從聲音出發，通過改變薄膜的幾何形狀和電相在空間上解決了電流流動問題。研究將熱量集中到這樣的程度，以至於薄膜的特性在很大程度上變得無關緊要。源之間的電耦合產生了獨特的聲音，這取決於電流的流向，這使得它對共享同一空間的多個電流相互作用異常敏感，通過控制電流流量，只需一張膠片就可以形成全相控陣。

利用100年前的熱聲機，實現控制「引導」聲音到想要的方向

博科園｜研究/來自：埃克塞特大學

參考期刊《科學進展》

DOI: 10.1126/sciadv.abb2752

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學

相關焦點

  • 磁場控制聲學材料,還能打造「聲音計算機」
    聲音在不同介質傳播時特性不一樣，利用這些特性，科研人員開發出聲學「超級」材料，以更好地引導控制聲音的傳播效果，在具體應用中，可以阻斷聲音的傳播，或者讓聲音以更好地效果穿透材料。 但傳統聲學材料的難點在於幾何設計。聲學裝置大多由金屬或硬塑料構成，一旦成型，幾乎不能改動。
  • 到底在控制聲音什麼
    聲波在室內產生之後，會幅射到房間的六個表面，然後反射回來，再彼此互相影響，就好像水池裡漣漪的動作。我們不需要未經過控制的效果，未經過控制的效果，也很難讓我們確定是否得到正確的聲音，大致上，聲波反射有三種型式Axial正軸式，Tangential正切式及Oblique斜角式，這都和室內聲音從硬表面反射的方向有關。
  • 美14名志願者組「人鏈」,僅利用聲音,引導海豚回歸大海
    美國14名志願者下水組成「人鏈」，沒有用一網一船，僅利用聲音引導4隻海豚離開一條它們誤入的運河，回歸大海。新華社/歐新 資料圖 （圖文無關）包括2隻幼豚在內的4隻海豚15日起滯留在佛羅裡達州聖彼得斯堡市化石公園附近一條運河。
  • 步進電機是如何實現速度與方向控制的
    步進電機是一種很常見的動力元件，步進電機可以很方便的由控制系統控制其速度與轉動方向。那麼使用PLC如何控制步進的速度與方向呢。其實控制方式很簡單，步進電機都會有一個驅動電路，我們叫做步進電機驅動，驅動有輸入與輸出，輸入用於接收控制信號，如PLC的控制信號，輸出用於接步進電機繞組。當PLC按給出正確的信號，驅動就會按所給信號去驅動電機轉動。如上圖所示驅動的輸入信號有三個，脈衝信號，方向信號與使能信號。
  • 武大:在狄拉克半金屬中,實現三維聲子,為控制聲音開闢新方式!
    現在我們中國的科學家發表了一項實驗觀察到的狄拉克點，這些點完全是由使用非對稱聲子晶體的晶體對稱性加強，在實驗中展示了新的拓撲表面態，發現物質的新拓撲態已成為基礎物理和材料科學的重要目標。作為(3+1)維狄拉克真空固態實現也是最有意義的，到目前為止，實現的狄拉克點總是成對出現，通過不斷調整參數以保持系統的對稱性，可以通過它們的合併和成對湮滅來消除這些狄拉克點，在發表在《光：科學與應用》期刊上的新研究中：
  • 利用WiFi模塊實現智能控制的方法
    許多可以連接到網絡的傳統設備都被嵌入具有智能基因的嵌入式模塊中。 WIFI智能家居系統是具有內置WIFI模塊的智能家居控制系統產品。這類產品具有WIFI無線控制功能，結構相對簡單，使用方便。 二、如何利用WiFi模塊實現智能家居控制？
  • 和100億年前相比，宇宙氣體升溫了10倍，能量從何而來？
    它們可以觀測到宇宙的邊緣，甚至是一百億光年以外的宇宙。我們知道，光年就是真空中光在一年時間裡穿梭的距離，因此多少光年以外的天體，直接代表著我們看到的是它在多少年以前的模樣。正是利用這個原理，他們對一百億光年之外的天體進行了觀測，這意味著他們看到的就是一百億年前的宇宙。
  • 留意這些「宇宙的警告」：你可能走錯了方向
    宇宙與你合作並幫助你實現目標，但更重要的是，宇宙會引導且協助你實現真正的生命目的。警告信號可能會提醒你，你的想法與你想要創造的不一致，或者你所做的選擇引導你走錯了方向……請注意！透過當下的意識，你可以覺察來自宇宙的微妙線索和警告信號，它們會引導你擺脫傷害，並使你朝著正確的方向前進。宇宙的指導通常來自於你的個人經歷，所以下面的列表可供參考。
  • 從心理學實驗到網際網路產品設計02:利用從眾效應,引導用戶行為
    二、實驗設計及結果分析1、試驗1：看圖判斷線段長度試驗（1）實現描述實驗對象進入到實驗場景中，被告知參加視覺研究測試，屋內已經有7個人了，實驗對象只能坐在最後的位置。從眾效應也稱樂隊花車效應，是指當個體受到群體的影響（引導或施加的壓力），會懷疑並改變自己的觀點、判斷和行為，朝著與群體大多數人一致的方向變化。也就是指：個體受到群體的影響而懷疑、改變自己的觀點、判斷和行為等，以和他人保持一致。 也就是通常人們所說的「隨大流」。
  • 用「硬幣」控制量子行走方向
    在飛行棋遊戲中，我們常用拋硬幣的方式決定前進的方向。正面？向左走一步。反面？向右走一步。在量子世界中呢？同時向兩個方向移動。這種隨機過程被稱作「行走者類比」，可以運用於經典算法和量子算法中，幫助研究人員開發人工智慧和數據搜索等技術。然而，這種隨機性也使量子行走難以控制，令系統的精確設計變得異常困難。
  • 用「扭曲」的聲音,驗證50年前的理論
    能層是黑洞事件視界的外層，在那裡，物體如果想要保持靜止，就必須以比光速更快的速度移動。彭羅斯預測，物體將在這個不尋常的空間區域中獲得負能量。| 圖片來源：University of Glasgow然而，這一過程在工程學上來說是極大的挑戰，因此彭羅斯認為，只有非常先進的文明（或許是外星文明）才有機會實現從黑洞中獲取能量。
  • 步進電機旋轉角度的控制
    在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈衝信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為"步距角"，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈衝個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
  • 和100億年前相比,宇宙氣體升溫了10倍,能量從何而來?
    但是，最近的一項研究讓科學家們十分詫異：雖然宇宙整體的溫度在不斷下降，但是和100億年前相比，宇宙氣體的溫度卻提升了10倍都卜勒效應大家應該比較熟悉了，就是隨著波源和接收者之間距離的變化，導致接收者觀測到的波長發生了變化，也就是頻率會發生變化。　　生活中最常見的都卜勒效應，就是一個人站在路邊，路上有一輛車飛馳而過，當車靠近他的時候，他會聽到車的聲音的音調在上升，也就是聲音越來越尖銳，也就是波長變短、頻率升高了；當車路過他並且開始遠離時，他聽到的音調就會下降，本質原因是波長增加、頻率降低了。
  • 微波雷達引導嫦娥五號實現「太空牽手」
    圖為航天科技人員在北京航天飛行控制中心指揮大廳監測嫦娥五號上升器與軌道器返回器組合體交會對接情況。新華社記者 金立旺攝光明日報記者 詹媛嫦娥五號月球採樣返回，是我國航天領域迄今為止最複雜、難度最高的任務。6日，中國航天科工集團有限公司第二研究院25所研製的嫦娥五號交會對接微波雷達，作為中遠距離測量的唯一手段，成功引導首次月球軌道無人交會對接。
  • 用意念開飛機這事兒究竟是怎麼實現的?|神經元|腦電波|意念控制|...
    腦機交互就是利用大腦神經活動產生的腦電信號，實現人腦與計算機或其他電子設備的直接通信和控制。反過來，也可稱計算機通過腦信號推斷人的想法或目的。如果你記錄下足夠多的神經元的信號，就可以得出某個人正在做什麼或想要做什麼的大致猜測。研究人員開發出算法，重建運動皮層神經元的活動，並在1980年發現神經元與手臂移動方向之間的關係。自從20世紀90年代中期以來，研究人員已經可以捕捉複雜的運動皮層信號，並記錄多個神經元的運動，利用它們控制電子設備，建立我們稱之為意念控制技術的腦機接口。
  • 利用MEMS 慣性傳感器改善控制
    了解問題來自慣性傳感器的信息經過處理和積分後，可以提供許多不同類型的運動、位置和方向輸出（見圖1）。每種類型的運動都涉及到一系列應用相關的複雜因素，對此必須加以了解。工業控制應用就是一個很好的例子，某種形式的指向或轉向設備對這些應用十分有用。
  • 可隨聲音傳輸的需要而變化
    聲學超材料就是用來控制、引導和操縱聲波通過不同介質的材料，因此，它們可以被設計並插入到一個結構中來減弱或傳播聲音。問題是，傳統的聲學超材料具有複雜的幾何形狀，它們通常由金屬或硬塑料製成，一旦被製造出來，就無法更改。例如，一種聲學裝置可以減弱潛艇發出的聲音，從而達到隱身的效果。但如果情況有變，例如潛艇想要與經過的夥伴通信，相同的聲學設備將不允許聲音從外部傳播。
  • 利用錯誤引導操縱觀眾心理
    幻術話說蒲松齡有一年春節，到府裡參加童生考試，正趕上盛大的賽會，許多藝人都到衙門前去表演。四個穿紅袍的官員坐在堂上看。這時候，有個人挑著擔子，領著個披頭散髮的男孩兒上場來了。官員們問他有什麼拿手好戲，他回答說能讓作物反季生長。官員就讓他弄只桃子來。只見他脫了外套，蓋在挑著的箱子上，埋怨說：「老爺太為難人了，現在還上凍呢，到哪兒去弄桃子？
  • 這個清醒夢手環,讓你控制夢境,實現不可能!
    （天生有這種能力的除外）清醒夢也叫做清明夢，顧名思義就是在夢中能夠清楚的知道自己在夢中，從而控制夢境，成為「上帝」。然而這種境界卻很難實現。也許你經常做夢，但是想要做清醒夢，除非受過訓練，或者有道具幫忙，又或者天生有這種「天賦」，否則是很難實現的。
  • 人工智慧利用神經網絡來控制機器
    人工智慧利用神經網絡來控制機器,或者是人工智慧根據預定的規則來控制機器.人工智慧可以用於搜索,診斷,預測,監控和機器人等諸多方面.人工智慧為人類提供了創造性解決方案,這個解決方案不僅能創造出改變,同時還能控制它們.世界對於人工智慧抱有非常樂觀的態度,因為它們讓人類工作變得更加高效.然而,智能的出現時間還很短暫,遠沒有到大眾普遍接受的階段.那麼,人工智慧未來的發展方向到底是什麼