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科学家创造单向传播的声波装置，声音只往一个方向走
科学家们想象出一个类似圆环的场景：三个人围坐一圈，其中一个人说话，只有另一个人能听见。科学家在瑞士联邦理工学院(ETH Zurich)和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)开发了一种装置，可以让声波仅沿一个方向传播。
该装置由一个圆盘形腔体和三个等距分布的接口组成，每个接口都可以发送或接收声音。在未启动时，接口1发送的声音同等地传到接口2和接口3，声音还会以回声的形式反弹回接口1。但在系统启动后，只有接口2能听见接口1的声音。
秘密在于向腔体内吹入特定速度和强度的旋转气流，使声波在腔体内形成重复的同步模式。这样不仅引导了声波的单向传播，还增强了振荡能量，使声波不容易消散，就像声音的“环形交通圈”。
科学家们认为，这一技术有望用于未来的通信技术设计。新的超材料或许不仅能操控声波，还能操控电磁波。负责这项研究的高级研究员Nicolas Noiray博士表示，这种“能量补偿非互易波传播”的概念是一项重要的成果，可以应用于其他系统。
通常情况下，声波在任何介质中都是互易的，即声波的振荡可以轻松向前传播，也能向后传播。因此，发送者和接收者可以交换角色，功能不会受到影响。但有时，让声波变得非互易性是有帮助的，比如在需要抑制噪音时。
2014年，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一种声学循环器，利用小风扇将空气吹入一个共振环。当声音从三个接口中的一个进入时，声波变成非互易性，只能被另一个接口听见。然而，这种设计的缺点是声波在传播过程中逐渐减弱。
为解决这一问题，ETH Zurich的团队设计了一个改进版的声学循环器。通过将空气从中心吹入环状结构，制造出“哨声”效应，腔体内部形成自我维持的声压振荡。这些振荡被调整到与声波频率一致，反而为声波提供了能量，避免了能量损失。
在实验中，团队向装置发送了约800赫兹频率的声波，结果显示，声波在到达第二个接口时不仅没有减弱，反而增强了。与此同时，第三个接口没有检测到任何声波，证明声波成功实现了单向传播。
讽刺的是，这项通过振荡增强声波的技术最初是为了减少声波振荡而开发的，尤其是在飞机发动机等系统中，振荡会对其造成损害。然而，Noiray发现这种技术也可以被用来强化声波传播。
团队认为，这种声学循环器可以帮助其他科学家研究声波的传播和操控，未来可能还会被应用于雷达或通信系统中，用来引导电磁波。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。