科學(xué)家們開創(chuàng)了一種新技術(shù)，可以產(chǎn)生完全由熱產(chǎn)生的聲音陣列。來自?？巳卮髮W(xué)超材料研究和創(chuàng)新中心的研究小組，使用被稱為“熱聲機(jī)”的設(shè)備，只需將一層薄金屬膜連接到一些金屬線上，就可以創(chuàng)建一個完全可控的陣列。

其研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上，可能會為包括家庭影院系統(tǒng)在內(nèi)的新一代聲音技術(shù)鋪平道路。

傳統(tǒng)陣列已用于許多日常應(yīng)用，包括超聲波和音響系統(tǒng)。這個陣列能讓將來自多個來源的聲音“引導(dǎo)”到特定方向，以獲得對所產(chǎn)生聲音的更好控制和清晰度。傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器陣列依賴于通過驅(qū)動某些對象（例如揚(yáng)聲器錐體）的運(yùn)動來產(chǎn)生聲音。然而，這項(xiàng)新的研究開創(chuàng)了完全靠熱產(chǎn)生聲音的揚(yáng)聲器陣列：熱聲機(jī)，盡管熱聲機(jī)已經(jīng)存在了100多年。

但到目前為止，它們在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用有限。然而，與機(jī)械同行相比，它們有許多優(yōu)勢。其優(yōu)勢包括沒有移動部件，以及能夠用廉價、可持續(xù)的材料批量生產(chǎn)。至關(guān)重要的是，它們甚至可以變得透明和靈活，這對于正在生產(chǎn)的新一波靈活技術(shù)是可取的。在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)組合成一個陣列時，熱聲機(jī)能夠像傳統(tǒng)陣列一樣重現(xiàn)對聲場的控制。

游戲規(guī)則的改變者

然而遠(yuǎn)不止這些：由于它們是由電流驅(qū)動，它們產(chǎn)生的聲音反映了電流載體流經(jīng)設(shè)備時的微妙運(yùn)動，因此創(chuàng)造了比傳統(tǒng)陣列更豐富的聲場。這項(xiàng)研究開辟了一條從根本上簡化陣列設(shè)計的途徑，表明利用熱釋電技術(shù)，只需將一層薄金屬膜連接到一些金屬線上，就可以創(chuàng)建完全可控的陣列。該研究的主要作者、EPSRC超材料博士培訓(xùn)中心的博士研究員大衛(wèi)·塔內(nèi)爾(David Tatnell)表示：

利用熱能產(chǎn)生聲音是游戲規(guī)則的改變者，因?yàn)樗梢宰寭P(yáng)聲器陣列比以往任何時候都更小。這一點(diǎn)，以及讓揚(yáng)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(yīng)用，比如智能手機(jī)和其他可穿戴設(shè)備中的觸覺反饋系統(tǒng)當(dāng)一種介質(zhì)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(dǎo)電薄膜進(jìn)行焦耳加熱來實(shí)現(xiàn)。

新研究展示了這些源陣列產(chǎn)生該機(jī)制所獨(dú)有的聲音，僅從聲音出發(fā)，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，以至于薄膜的特性在很大程度上變得無關(guān)緊要。源之間的電耦合產(chǎn)生了獨(dú)特的聲音，這取決于電流的流向，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。

博科園｜研究/來自：埃克塞特大學(xué)

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

DOI: 10.1126/sciadv.abb2752

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