声音可以被看见吗?如果给声音“照张相”会发生什么事呢?

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2001年,美国波音公司的研究人员终于想出了方法:用数百个麦克风在机场的跑道上布设了直径约46米的螺旋形阵列,用于记录飞越上空的波音777发出的噪声。研究人员最终找出了那个2000赫兹的啸叫声的来源——飞机主机翼前沿的加热孔,当迎面而来的气流穿过小孔时,犹如人们吹奏笛子一样,巨大的噪声就产生了。

波音公司的研究人员使用的麦克风阵列被称为“声学相机”,声波被转化为电信号,通过软件绘制声音能量分布情况,从而“拍摄”出声音。声学相机的雏形诞生于1880年,利用的是双耳定位的原理:通过计算接收声音的大小和时间差异来定位声源,使用越多麦克风接收声音,声源定位的准确程度就越高。

绘制声音的3D影像

不过显然,这种声学相机虽然能“拍摄”到声音,但成本极高,数据处理也非常复杂。在光学摄影技术的启发下,科学家制造了一款新型声学相机。

1947年,匈牙利科学家盖伯提出了一个拍摄3D影像的妙招:他采用激光作为照明光源,将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束由被摄物体反射后再射向感光片。这样拍摄出的照片,利用光影变幻,能拍出与原来被拍摄物体完全相同的3D影像,这被称为“光全息技术”。声学研究者从中受到启发,提出了“声全息技术”的概念:发射超声波,使其与待测声源发生“碰撞”,将它们激发的水波或空气波变化转换成声音的3D图像。


声全息技术能更好地弥补纹影成像法的不足:由于声全息相机会多角度、全方位捕捉声音,将声场中的声波逐一收集,与纹影成像法相比,声全息相机在排除干扰、定位声源方面的能力更加强大。它的成像分辨率更高,声源定位更精准。无论声源是稳态还是非稳态,是静止还是运动,都逃不过声全息相机的“火眼金睛”。而与麦克风阵列相比,它的成本又要低得。

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