聲音的反射

如何避免回聲泄露你的位置

在希臘神話中，埃可（Echo[1]）是個(gè)山間仙女，由于受到懲罰，她不能自己說話，只能重復(fù)別人的話。如今，科學(xué)準(zhǔn)備要讓這個(gè)小仙女完全失去發(fā)聲的能力。由北卡羅來納州杜克大學(xué)史蒂文·坎默（Steven Cummer）博士率領(lǐng)的一個(gè)物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)一種外殼來阻止物體發(fā)出的聲音被反射。這種設(shè)備可以幫助潛艇藏匿。

被用來偵測潛艇的“聲納”技術(shù)利用的是一個(gè)傳送裝置和一個(gè)接受裝置，前者用來發(fā)射聲波——通常為一種獨(dú)特的“鐺鐺”聲；后者則用來監(jiān)聽回聲?；芈曇馕吨形矬w存在，而從發(fā)出聲音到收到回聲所用時(shí)間的長短意味著與該物體距離的遠(yuǎn)近。再發(fā)射一次聲波就能計(jì)算出該物體的方向、移動(dòng)速度和具體位置。

但坎默博士計(jì)劃為潛艇設(shè)計(jì)一個(gè)外殼，能讓聲波在遇到潛艇后繼續(xù)傳播，就好像潛艇根本不存在一樣。該想法依靠的是制造這種外殼所用材料的兩個(gè)特性——密度和“體積模量”，后者是衡量物體彈性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。按道理應(yīng)該可以定制出一種外殼，讓聲波形成一定的彎曲從而無法產(chǎn)生回聲。這種設(shè)計(jì)還應(yīng)避免將聲音吸收掉，以免讓聲音產(chǎn)生“陰影”。

坎默最近在《物理評論通訊》（Physical Review Letters）周刊上發(fā)表的方法與倫敦帝國理工學(xué)院（Imperial College, London）教師約翰·彭德里（John Pendry）為阻擋光波所設(shè)計(jì)的隱形外殼類似（彭德里也是新發(fā)表的這篇論文的作者之一）。但這臺聲學(xué)設(shè)備比那臺光學(xué)設(shè)備擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。制作隱形外殼很費(fèi)技巧，因?yàn)橹挥性谝欢úㄩL范圍內(nèi)設(shè)備才能發(fā)揮作用。比如，披上這種外殼的飛機(jī)或許對人眼來說是看不見的，但借助無線電波的雷達(dá)卻能發(fā)現(xiàn)。