无需耳机也能听音乐？宾州州立大学研发“可听区域”技术，声音只为你一人响起

想象一下，你可以在公共场所大声听音乐或播客，却不会打扰任何人——甚至无需佩戴耳机。

这不是科幻，而是宾夕法尼亚州立大学（Penn State University）声学教授 Yun Jing 带领团队正在推进的一项新技术。他们开发出一种被称为“可听区域（audible enclaves）”的音频系统，能在特定空间内定向生成可听声音，而周围的人却完全听不到。

这项技术的核心，是超声波与声学超表面的结合，它让声音像“隐形屏障”一样，只在你所在的位置响起。

如何让声音“只为你而响”？

这项技术利用了不可听的超声波，并通过一种特殊的“声学超表面”透镜来精确控制声音传播路径。

系统由两个超声波扬声器和一个 3D 打印的超表面透镜组成。每束超声波频率略有不同，当它们在空气中交汇于一个特定点时，就会产生人耳可听的音频信号。

正如 Yun Jing 教授解释的那样：

“站在交点位置的人可以听到声音，而周围的人完全听不到。这在人们之间创造了一个声音的隐私屏障。”

这种“声音私域”技术，不仅实现了声音的定向传播，也带来了全新的“虚拟耳机”体验。

技术验证：人偶+麦克风，模拟真实听觉体验

为了验证这项技术的效果，研究团队使用了一个模拟人类头部和躯干的人偶，并在其“耳朵”中放置麦克风，以捕捉超声波路径上的声音。

他们还使用第三个麦克风在空间中扫描声音交点，确认：

“除了交点区域外，其他位置完全听不到声音。”

这正是“可听区域”的核心理念：声音只出现在你所在的位置。

关键优势：覆盖广、音质佳、体积小

这项技术的优势在于：

• 频率覆盖广泛：从 125 Hz 到 4000 Hz，几乎涵盖人类语言和音乐的主要频段；
• 房间环境适应性强：即使在声音容易反射的空间中也能稳定工作；
• 设备小巧：整个装置约 16 厘米，相当于一个铅笔盒大小；
• 音量适中：目前可实现约 60 分贝的音量，接近正常对话水平；
• 传输距离：当前可传输约一米，未来有望通过增强超声波强度进一步提升。

应用场景：从私人办公到智能汽车

这项技术的潜在应用场景非常广泛：

• 开放式办公室：在共享空间中实现个性化音频体验，无需耳机也能专注工作；
• 教育与会议：在教室或会议室中，为特定听众提供清晰音频，避免干扰；
• 车载音频系统：未来汽车中，每位乘客可收听不同内容而不互相干扰；
• 公共信息播报：在机场、车站等场所，为特定人群定向播放信息。

正如研究团队成员 Jia-Xin Zhong 所说：

“我们实际上创造了一个虚拟耳机。”

技术原理简析：超声波 + 声学超表面

这项技术的实现依赖于两个关键技术：

1. 超声波干涉

• 使用两束频率略有差异的超声波；
• 当它们在空中交汇时，产生差频效应，形成人耳可听的音频信号；
• 单束超声波本身不可听，只有在交汇点才会“激活”声音。

2. 声学超表面

• 一种微型透镜结构，可精确控制声音传播方向；
• 由 Lawrence Livermore 国家实验室的 Xiaoxing Xia 3D 打印；
• 能将超声波引导至指定位置，实现“声音聚焦”。

未来展望：从实验室走向生活

目前，该技术仍处于实验阶段，但团队已展现出明确的商业化路径。他们计划通过增强超声波功率，提升声音的传播距离与音量，以适应更多现实场景。

未来，我们或许可以期待：

• 更小的设备尺寸；
• 更广的声音覆盖范围；
• 与智能设备的无缝集成；
• 甚至，取代传统耳机，成为一种新的音频交互方式。