随着科技的不断进步，声学领域迎来了一项令人振奋的创新突破——由丹麦技术大学与马德里理工大学联合研发的3D打印设备能够将白噪声分割成多频成分，并将这些不同频率的声音定向发射，形成“声学彩虹”，且整个过程无需耗费电力。该创新设备被称为“声学彩虹发射器”（Acoustic Rainbow Emitter，ARE），凭借其独特的结构设计和原理，颠覆了传统声波控制系统对能量依赖的瓶颈，展示了纯粹被动声波操控的新可能。人类对声音的控制与感知一直是科学研究的挑战。尽管自然界中，诸如蝙蝠、海豚及人类耳朵的外形使其能够高效捕捉和导向声音，但人工系统在模仿这种广泛频率范围的声波操控方面却鲜有成效。大多数现有设备都依赖于主动电子元件或者共振系统，这不仅使系统复杂且耗能，还限制了使用场景和频率带宽。此次研究团队借助先进的计算形态生成技术，能够基于算法进行结构优化和有限元分析，创造出极具复杂性的散射体形状。
通过运用拓扑优化，团队精确模拟声波在空气中的传播及绕射，利用赫姆霍兹方程描述声场演变，迭代修正设备结构，实现预期的频谱分离效果。3D打印技术为该设备制造提供了巨大支持，使研究者得以制造出完整的一体化硬质塑料结构，表面具备高效声波散射特性。ARE可接受单点声源发出频率范围在7600至12800赫兹之间的白噪声信号，并将其分频后分别向不同方向发射。形象地说，这一过程类似光学棱镜将白光分解为七彩光谱，但ARE处理的是“听得见”的声音，其形成的声学彩虹充满未来感与科学美学。值得关注的是，该设备采用被动散射机制，意味着它不需要任何额外电能或机械动力。声波与刚性塑料表面相互作用产生空间方向的分频，完全依赖材料和结构的形态优势。
该原理不仅大幅降低了系统复杂度与能耗，也增强了稳定性和耐用性，为便携式或无人值守环境声控带来新契机。除了声学彩虹发射器，研究团队还设计了“Lambda分频器”，这是一种相似的被动装置，可将混合频率的声音分割成高频和低频两组，分别导向不同方向。这表明其设计理念具备拓展性，有望丰富声频管理的工具箱。声学彩虹发射器的潜力广泛。它不仅能令科学家对声波传播规律和空间操控技术有更深理解，也为多领域开创新应用铺路。未来，该技术可望用于环境噪声精准分频处理，实现定向声场干预，提升公共空间的音频质量，帮助机器人和自动驾驶系统实现高精度声源定位，甚至应用于建筑声学和医疗超声波领域。
学术界对计算形态生成在声学中的应用更是表达了极大兴奋。传统建筑和电子声学器件制作依赖经验和试错，计算方法则赋予了精准预测与设计自由度，开启“智能制造”新时代。此外，3D打印技术的结合使这种高复杂结构的物理实现成为现实，降低了研发门槛并加快了科技成果转化。从生态启发角度看，自然界多样物种数百万年进化形成的声波捕捉机制，成为本次设计灵感源泉。科研人员以生物启发为基础，结合现代计算工具，完成了人工系统在宽频范围内的被动声频操控，这一创新填补了人工声学设备与自然耳形功能间的鸿沟。总结来看，3D打印声学彩虹发射器代表着声波操控技术的突破性进展。
其无需外接动力即可实现宽频多方向的声波分离，为未来智能传感、声音导航及环境优化打开新纪元。随着研究的不断深入，人们期待这类设备得以商业化应用，推动智能音响、物联网设备、机器人听觉及医疗超声等领域实现质的飞跃。声学彩虹不再仅仅是自然现象，更成为高科技创新的象征，诠释当代科学家如何用科技赋予声音全新视觉般的绚丽表现。未来的声学世界，或许正因这道无形的“彩虹”变得更加精彩纷呈。
