3D打印“乐高积木”

2016-11-07

     日前,研究人员开发出了一款3D打印乐高样式的砖块,你可能要好奇,这些奇形怪状的东西到底有什么用?现在,智科3D为你解答:它们可以创造声波全息图,换句话说,就是3D形状的声音——3D打印声波。砖块由常规3D打印机制成,并且用作全息图的像素。

在吸音墙前测试3D打印砖块

    任何熟悉星球大战的朋友都会对全息图的外观有一个粗略的了解:投影的图形出现在半空中,特定的照明条件会让图像呈现非常逼真的立体感。虽然光学全息图现在是流行文化的一部分,但其实声学全息图的概念和光学全息图的概念本质上并无差别,除了不是变为3D形状的光波而是变成了声波。创建这样的全息图必然会耗费昂贵的资金,也会要求相当专业的操作,不过多亏了在《科学报告》杂志上发表的一篇科学研究论文,让这种几近苛刻的条件得以缓和,让越来越多的人都能接触到这项3D打印声波全息图技术。

     由北卡罗来纳州杜克大学电气与计算机工程学教授Steve Cummer领导的一个研究小组已经开发出一种可创建精确声学全息图的新方法——3D打印的乐高砖。早先如果要创建声波全息图,需要涉及复杂的扬声器和电子设备。但是Cummer研究团队发现,3D打印砖壁可以提供更简单、却同样有效的方法,来将声波弯曲成复杂形状。“通过我们的方法,你可以用精心设计的结构以一个异常简单的方法来创建一个十分复杂的的声波全息图。”Cummer表示。

使用3D打印的砖创建一个“A”形声波全息图

    早期的声波全息图的制作方法涉及到操纵复杂精巧的扬声器和电子设备,然而现如今,新型3D打印砖技术可以让声波全息图变得相对简便——通过将砖结构放置在声音源前面,再将传输的声音处理成新的形状。Cummer表示:“这很像一张全息照片,就好像将它放在一盏灯前,再传递出一个更为复杂的声场。”

   研究人员通过使用精确设计的微结构和各种打印材料制作了3D打印砖块,并通过使用传统3D打印机制造了12款不同材质的声波砖,每种砖都能够以不同的速度减慢声波。3D打印砖块被用作全息图的“像素”,让制作声波全息图的过程变得更加简便、稳定。为了证明该方法的有效性,研究人员创建了一个像素为256的声波全息图,并将声波均匀地转换成了类似字母“A”的声场。从上图可以看,实验非常成功。

3D打印砖可用于改善音频娱乐系统

    众所周知,声音的形状人眼是看不见的,3D声波也是如此。但不可否认的是,3D声波形状可为包括娱乐在内的许多领域带来相当大的便利,消费者们还可受益于这些被精确控制过的声音形状。“比如,演讲者们不仅仅可以传达关于频率和音高的信息,还可给予听众空间信息。“Cummer的实验室成员、上段提到的科学研究论文的第一作者Yangbo Xie表示,“用iPhone播放大提琴,听起来就像是一个普通的扬声器播在单声道播放。而我们的方法可以让大提琴的声音萦绕在你的耳边,让声音的空间感更加真实、强烈,让人们可以有仿佛置身在真正琴房里的立体感。”


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