音频工程的新突破可以在没有耳机的情况下听音乐、播客或个人对话，而不打扰周围的人。

一组研究人员开发了一种建立独立声块的方法，称为可听飞区，只有特定的人能听到音频，而附近的其他人则不知道。

克服传统声音的局限性

由于声波的自然传播方式，在不改变周围观众的情况下提供有目的的声音一直是一个挑战。低频声音，如人类声音，以长波长传播，衍射到物体周围，基本上不可能包含在特定的区域。

传统的定向音频方法（如高度聚焦的扬声器阵型）很难提供真正孤立的倾听体验，特别是在教室、办公室或车辆的混合空间中。

通过将超声表面放置在两个超声波换能器前面，双超声沿着新月形轨迹以两个不同的次数传播，直到它们交叉，形成一个可听的飞地，可以听到声音。轨道上的其他点听不到声音——这意味着你可以私下听。(图片来源:Heyonu Heo）
宾夕法尼亚州立大学的声学教授研究人员 Yun Jing 在此领导下，开发了一种利用自弯曲超声波束绕过这些限制的新方法。通过发射两个在精确点相遇的超声波，它创建了一个局部区域，只能在光束的交界处听到声音。在这个狭窄的区域之外，声音仍然听不到。

“我们使用两个超声传感器来匹配声学超表面，它们在某一点发射自弯曲光束，”Jing 说。“站在那一点的人可以听到声音，而站在附近的人却听不到。这为个人倾听创造了一个隐私屏障。

如何操作技术？

这一突破的关键在于声学超表面，这是一种微观结构的薄建筑材料，旨在控制声波的方向。这些超表面位于超声传感器前面，将光束形成一条新的月形路径。当光束在太空中传播时，人们的耳朵听不到它们，直到它们聚集到一个精确的点，从而形成一个高度局部的声区。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的合并者和科学家 Xiaoxing Xia 使用 3D 打印创造了超表面，实现了波路径的微调控制。

该技术采用了超声波之间的非线性相互作用，这意味着声音只出现在预定的交叉口。即使有障碍物（如人或家具）挡住了路，光束也会在它们周围弯曲，以确保声音保持目标。

为了测试他们的系统，研究人员使用了一个模拟的人头和身体，并在耳朵里配备了麦克风。他们沿着超声波声束路径和交点测量声音。

宾夕法尼亚州立大学声学博士后学者，宾夕法尼亚州立大学声学博士后学者，宾夕法尼亚州立大学声学博士后学者，除了交接点，声音是听不见的，构成了我们所说的飞地。 Jia-Xin “Jay” Zhong 说。“我们基本上创建了一个虚拟耳机。可以听到飞地上有人能听到只为他们准备的东西。 - 使用声音和安静区域。

建立高度有目的的音频区域的能力具有广泛的意义。在教室、演讲厅、办公室等环境中，许多人可以在不互相干扰的情况下接收个性化的音频流。

车辆可以使用该技术让乘客在不引起重叠声音的情况下听到不同的媒体。即使是博物馆或图书馆等公共场所也可以提供个性化的语音指南，而不需要耳机。

研究人员在一个典型的混响标准房间中检测了他们的系统，证明了该技术在实际环境中是有效的。超声波束传输的声音检测范围约为 60 分贝(相当于正常说话的声音)，可以在距离预定目标一米的地方传输。

虽然目前的系统范围有限，但研究人员认为可以通过增加超声信号的强度来改进，从而允许更长的距离和更高的音量。

个性化声音的新时代

该团队在《美国国家科学院院刊》上发表（Proceedings of the National Academy of Sciences）这意味着音频工程向前迈出了重要的一步。

在美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation）劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）在这项研究的支持下，未来的声音可能比以往任何时候都更加定制和私密。

随着技术的不断发展，无需耳机即可获得无缝、身临其境、私密音频感受的前景越来越现实。无论是娱乐、通讯还是功能，控制声音收听位置的能力都可以改变我们在日常生活中与音频互动的方式。