宾州大学造声域安全区 超声聚焦打造隐形耳机​

Meise

在地铁车厢里摸遍口袋发现耳机离家出走，或者开放式办公室突然需要接个私人电话——这种“不想打扰别人但又听点啥”的尴尬，以后不用再咬牙跺脚忍着了！宾夕法尼亚州立大学的研究团队最近整出了个新名堂，他们用超声波在空气中画了个看不见的“声音泡泡”。这个泡泡被研究者们称为“声域安全区”，只要你站对地方，就能听清里面传出的音乐或对话，而一旦你挪开半步，泡泡外的其他人就跟聋了一样——啥也听不着。

搞出这项技术的带头大哥是宾州州立的声学教授金云（Yun Jing）。这套设备的秘密武器是两样东西：一个是人耳根本听不见的​​超声波（ultrasound）​​，另一个是一种特制的​​声学超表面（acoustic metasurfaces）​​。这种神奇的表面由劳伦斯利弗莫尔国家实验室的夏晓星（Xiaoxing Xia）用3D打印技术鼓捣出来的，它厉害的地方在于能把超声波弯弯绕绕地送出去。

具体怎么个弯绕法呢？金云团队配了两个超声波喇叭，各放出一束超声波。这两束声波，在声学超表面这“导音员”的招呼下，不走寻常直线，而是沿着事先设定好的曲线路径进发。最关键的一步来了：这两束超声波在发出时，会调成​​略微不同的频率​​。当它们在空间里​​预定交汇点​​哐当一碰头，神奇的事情就发生了——原本人耳听不到的超声波能量，在这个特定的点位上，会麻利地转变成正常的声音频率，能被你听见了！金云教授解释这个魔术：“你就得站在那个特定的交汇点上才能听见声音，边上哪怕再近一步，耳朵里就只剩下空气了。这就等于在人和人之间立起了一道隐私屏障。”

团队里的钟嘉新（Jia-Xin “Jay” Zhong）详细讲了他们的验证手段。他们搬来一个模拟人体头部和躯干的假人模特，在它耳朵道道儿里塞了麦克风阵列，完美复刻人耳朵沿着超声波轨迹以及在交汇点能听到啥。同时，他们还用了第三个麦克风在交汇点周围一通扫描测量。测试结果清清楚楚：声音就只在那两条超声波轨迹交叉的那一个小点上响得明明白白，妥妥的“安全听音区”没跑了。

这个技术的突出本事在于​​声音频率范围相当宽广​​，覆盖了​​125赫兹（Hz）到4千赫兹（kHz）​​。这个跨度，差不多把人耳朵能灵敏捕捉的绝大部分声音都一网打尽了。更牛的是，即使在声音特容易“撞墙反弹”产生杂音混响的房间环境下，这“泡泡”的稳定性还挺能扛事儿。整个装置的体积也不大，整体就​​16厘米​​左右的一个小盒盒，集成起来也不费事。

“本质上，我们这是搞了个‘虚拟耳机’，” 钟嘉新这样来形容它的效果。实际用起来就是，你站在那个“泡泡”圈定的点位里，能美滋滋地收听内容，而周围一圈人就算瞪大眼竖着耳朵使劲听，也完全没门儿。这种特性，在比如共享的汽车空间、大学教室或者像大通铺一样的开放式办公室里就太有用了——既保证自己听的私密，又不吵着隔壁老王。

现阶段，这技术能管用的​​传输距离大概1米​​左右，在交汇点制造出来的​​声音响度大约是60分贝​​——差不多就是两个人面对面唠家常的音量水平。研究团队表示信心满满：只要换上功率更大的超声波发射器，完全有潜力把这个“泡泡”推得更远、更灵活地应用起来。

这听上去挺科幻的技术，其实要解决的是个特基础的问题：怎么把声音精准送到该听的人那，而对不该听的人守口如瓶？对科技迷和声音设计领域感兴趣的人来说，宾州州立大学这波操作，确实给未来定制化的个人音频体验撕开了一个脑洞大开的新口子。

（研究成果和基础信息源自宾夕法尼亚州立大学官方发布，完整技术方案和实验详情已在学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上正式刊发。）

zrx166

宾州大学造声域安全区 超声聚焦打造隐形耳机