丹麦技术大学利用3D打印设备无需电力即可将白噪声分解为声学彩虹。

形态拓扑优化方法塑造了散射颗粒，这些颗粒以灰色材料的形式呈现。当ARE被单极源激发并发射宽带白噪声时，辐射出的声音会形成声学彩虹。声源位于发射器中心（用白光示意），并在7,600至12,800 Hz的全部频率范围内以等功率驱动。实验测得的声学输出（远场）通过其幅度和频率成分，映射到ARE周围360°范围内的可见光谱中。

发表在《科学进展》上的一项研究中，丹麦技术大学和马德里理工大学的研究人员展示了一种名为声学彩虹发射器（ARE）的新型设备。该设备能够接收来自点声源的宽带白噪声信号，该声源以相同强度向各个方向辐射声音，并将其散射开来，从而使不同频率或音高的声音被发射出来。

与棱镜将白光分解成彩虹的方式类似，ARE设备将不同频率的声音引导至不同方向，从而形成声学彩虹。

在自然界中，一些动物（如人类、蝙蝠和海豚）进化出了复杂的耳朵（耳廓），能够以惊人的方式捕捉、塑造和引导声音，帮助它们感知和导航周围环境。

尽管自然界提供了丰富的灵感，人类在设计能够处理广泛频率范围的系统时仍面临挑战。与自然界利用被动结构来塑造声音不同，大多数人工声音控制系统需要主动设备或基于共振的系统。

ARE 几何和发射轮廓，左（中）列显示数值（实验）结果

现有声学系统已在封闭环境中展示了声音分割能力，但尚未达到生物系统在开放空间中实现的完全可控、宽带声音操控水平。

本研究的科研人员旨在通过计算形态发生学技术改变这一现状——该技术利用算法进行结构优化和有限元分析，以生成复杂形状。

借助拓扑优化、基于波的精确建模以及3D打印等现代制造技术，研究人员获得了前所未有的设计自由度，能够设计出能够以全新方式操控声音的复杂结构。

λ分束器几何发射轮廓，左（中）列显示数值（实验）结果。

这使他们能够通过迭代调整固体材料的形状，来控制发出的声音，使其在不同频率下与特定模式相匹配。研究人员还利用亥姆霍兹方程模拟了 rigid、声反射结构周围空气中声音的传播和散射。

基于计算模型收集的数据，研究团队创建了一种新型单一材料固体物体，其复杂的散射特性能够捕获单一声源发出的混合声频，并将其分解为频谱成分，从而形成声学彩虹。

除ARE外，研究人员还设计了一种波长分离器，该装置可接收混合声频，并将低频和高频声波导向不同方向。

敏感性分析，展示了移除28个ARE特征中的每一个对Φ的影响。

这两种设备均基于被动散射原理工作，即声学系统仅由硬质塑料表面与声波的相互作用驱动，无需电力。彩虹发射器和lambda分频器是通过智能排列被动结构来控制声音的优秀范例，无需依赖耗能的共振或主动组件。

研究人员指出，这项研究证明了计算形态发生学在精确塑造声场发射与接收方式方面的潜力，为涉及波感知与控制的学科提供了宝贵的见解。

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  940AOM-1

  型号：940AOM-1

  厂家：AeroDIODE

  概述：Aerodiode公司的940AOM-1是一款声光调制器，工作温度为-20至60摄氏度，存储温度为-30至70摄氏度，上升时间为45至50纳秒，光学波长为900至980纳米，射频功率为1.5至1.8瓦。940AOM-1的更多详情见下文。

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