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使用激光将声音信息传送给特定的人的新技术

发布:guangxuedaren    |    2019-01-28 20:25    阅读:476
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光声通信方法可以在不需要接收设备的情况下通过空气发送警告信息 来自华盛顿的研究人员已经证明,激光可以在没有任何接收设备的情况下向人发送声音信息。这种通过空气发送高度定向的音频信号的能力可以用于在嘈杂的房间之间进行通信,或者在紧急情况例如狙击使警告个人注意危险。
       在光学学会(OSA)期刊《光学快报》上,来自麻省理工学院林肯实验室的研究人员使用两种不同的基于激光的方法以会话音量传输不同的音调、音乐和录制的讲话。研究小组负责人查尔斯·韦恩说:“我们的系统可以远距离使用,将信息直接传送到人的耳朵里。这是第一个使用人眼和皮肤完全安全的激光的系统,它可以在任何环境下将声音信号定位到特定的人。”
在空气中发出声音
       这种新方法基于光声效应,光声效应是指材料在吸收光后形成声波。在这种情况下,研究人员使用空气中的水蒸气来吸收光线并产生声音。 研究人员表示即使在相对干燥的条件下这种方法也能奏效,因为空气中尤其是在人体的周围总是有少量的水蒸汽。他们发现,如果使用被水蒸汽强烈吸收的激光波长,就不需要很多水蒸汽。这是解决这一问题的关键,因为更强的吸收导致能够传播更多的声音信息。
       其中这种新的声音传输方法是由一种叫做动态光声光谱(DPAS)的技术发展而来的,这种技术是研究人员在此之前为化学检测而开发的。在早期的研究中,研究人员发现以声速对激光扫频或者扫描时,激光束可以改善化学检测水平。
   “声速是一种非常特殊的工作速度,”论文第一作者 (Ryan M. Sullenberger说。“在这篇新论文中,我们展示以声速扫过易被水吸收波长的激光束是一种有效的制造声音的方法。” 对于与DPA相关的方法,研究人员通过改变激光扫频的长度,在光线中编码不同的频率或可听见的音高。这种激光扫描技术的一个独特之处在于,信号只能在距离发射器一定距离的地方被听到。这意味着一个信息可以发送给个人,而不是每一个穿过光束的人。它还提供了将信息定向到多个个人的可能性。
实验室测试
       在实验室里,研究人员展示了使用现有的商用设备可用激光扫频技术将声音以60分贝的声音传输给2.5米以外的人,他们相信这个系统可以很容易地扩大到更远的距离。另外,他们还测试了一种传统的光声方法,这种方法不需要扫描激光,而是通过调节激光束的功率来对音频信息进行编码。“这两种技术之间存在着权衡,”萨伦伯格说。“传统的光声学方法提供了更高的保真度,而激光扫频则提供了更大的音量。”
       接下来,研究人员计划在更大范围的户外展示这些方法。萨伦伯格表示,研究人员们希望这项技术最终能成为一项商业技术。因为这项技术包含了很多令人兴奋的可能性,他们希望将以有用的方式开发通信技术。

图1 Ryan M. Sullenberger 和 Charles M. Wynn发明了一种方法,可以在不使用任何接收设备的情况下,使用对人眼和皮肤都安全的激光向人发送具有高度针对性的声音信息。图片来源:麻省理工学院林肯实验室

图2研究人员利用空气中的水蒸气来吸收光线并产生声音。通过扫描激光,他们可以制造出一种只能在发射器一定距离内听到的音频信号,这样就可以定位到一个人身上。图片来源:麻省理工学院林肯实验室

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