用激光传播声音,特工电影中的技术正在成为现实

作者: 本刊记者 龚聪

来源: 环球科学

发布日期: 2019-03-01

麻省理工学院的科学家发明了一种新技术,用激光就能产生声音,并传递给特定的人。这项技术利用光声效应和激光编码,使得声音只能在特定距离被听到,而不会被激光传播路径上的其他人察觉。目前,研究人员已经设计出实验原型机,并计划进一步改进以增加声音传递的有效距离。

麻省理工学院的科学家发明了一种新技术,用激光就能产生声音,并传递给特定的人。试想一下,在一个有很多人的房间里,你想要提醒一个离得较远的朋友注意什么事情,但又不想让其他人听到。这时,你拿出一个设备,即便你的朋友没有佩戴耳机,但他还是听到了你的声音,而其他人则完全没有察觉。

最近,美国麻省理工学院林肯实验室(Lincoln Laboratory)开展的一项研究取得了成功,很有可能让这款只有特工电影里才会出现的设备成为现实。

早在2014年,林肯实验室的研究人员利用光声效应(photoacoustic effect,指某种材料吸收光子后产生声波)开发出了一种名叫“动态光声光谱”(dynamic photoacoustic spectroscopy)的技术,用于检测空气中的痕量气体。当研究人员用激光扫描周围的空气时,空气中的痕量气体在吸收激光后,会产生特定声波。此时,用麦克风接收声波信号就能检测出对应的痕量气体。

研究人员还发现,当以声速(343米/秒)扫描周围的空气时,激光产生的声波信号强度最强。“声音的速度在这里非常关键,”新研究论文的第一作者瑞安·M·萨伦伯格(Ryan M. Sullenberger )说。在这一现象的启发下,研究人员开展了一项新研究,尝试将这一技术用于传递声音信息。在新研究中,吸收激光的物质变成了空气中的水分子。

水分子无处不在,即便在干燥的环境中,水分子含量很低,研究人员也可以选择特定频率的激光,提高水分子对激光的吸收程度,从而增强水分子产生声波的效果。但是,为了让水分子产生的声波变成有意义的声音,科学家还需要对激光的频率和扫描时间进行“编码”。编码后的激光被空气中的水分子吸收后,将能产生频率高低不同的音节,组合起来就形成了人类可以辨认的声音。

用编码激光产生的声音有一个特点,它只能在与激光发射器有一定距离的地方才能被听到,而在激光传播路径上的其他人却听不到。因此,科学家有望用这种方式实现向某人单独传递声音信息。另外,科学家使用的激光对人的眼睛和皮肤完全无害,所以没有健康风险。

目前,林肯实验室的研究人员已经设计出了一款实验原型机,成功用编码激光在2.5米远的地方产生了声音,并被人听到,而且声音的大小达到了60分贝。接下来,研究人员将继续改进设备,来增加声音传递的有效距离。“我们希望,这项技术最终能够商用,” 萨伦伯格表示。

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