亚利桑那大学科学家利用3000万美元的中心研究声音的新领域

国家科学基金会已在五年内向亚利桑那大学拨款 3000 万美元，用于建立 新的 NSF 科学技术中心。声音科学与技术新前沿中心 将 在未来五年内提供 3000 万美元的额外资助，将汇集拓扑声学领域的研究人员。

通过拓扑声学，研究人员可以利用声音的特性来极大地改进计算、电信和传感。应用可能包括达到类似量子的计算速度、减少智能手机的功耗以及感知气候变化导致的老化基础设施或自然环境的变化。

“我们都知道扬声器或麦克风等技术，但我们也使用声音来感知环境，例如声纳和超声医学成像，以及智能手机中每天的数据传输和处理，”中心主任兼项目负责人说研究员 皮埃尔·戴米尔 (Pierre Deymier)是亚利桑那大学工程学院 材料 科学与工程教授 。“然而，推动健全科学技术的悄然革命正在进行中。这就是新中心的用武之地。”

该项目的联合首席研究员是 亚利桑那州 教育学院研究开发助理院长兼亚利桑那州STEM 学习中心 助理主任 Sara Chavarria;加州理工学院的 Chiara Daraio;纽约城市大学研究生中心高级科学研究中心的 Andrea Alù;和科罗拉多大学博尔德分校的 Massimo Ruzzene。

美国国家科学基金会主任 Sethuraman Panchanathan 表示：“科学发现是推动人类进步的引擎，也是我们今天受益的所有技术的基础。” “国家科学基金会的科学和技术中心使我们最具创造力的科学家和工程师能够开启科学探究的新视野，并做出使美国保持在科学发现前沿的发现。”

将声音映射到空间

使用拓扑声学是一种观察声音的复杂方法，它将声波映射到一个抽象的多维空间(称为希尔伯特空间)，以检查其几何形状。通过以这种方式检查声音，科学家可以看到并操纵传统声学中不可见的声波属性。

Deymier 表示：“拓扑声学利用了迄今为止仍然隐藏的声波属性。”Deymier 在材料科学与工程系工作了 38 年多，也是该大学 BIO5 研究所的成员和该大学的 教授 。 应用数学研究生跨学科计划。“它充分利用了声波的力量。这突然使声音具有非凡的特性——例如模仿量子波的声波或可以撞击坚硬的表面而不产生回声——这可以影响大量的技术。”

为了通过拓扑声学透镜研究声音，科学家通过使用声音传播的空间中的所有点作为希尔伯特空间上的图点来形成矢量。该振幅矢量的角度称为几何相位，并提供声音几何形状的直观表示。

一个简单的例子：如果声音在房间中传播，并且移动、添加或移除物体，则通过传统声学(例如频率)的镜头观察时，对声音的影响可能并不明显。但当用拓扑声学检查时就可以看出这一点，因为这种微小的变化改变了几何相位——也就是说，它们改变了声音的几何形状。

它本质上增强了声学领域的发展，让研究人员能够看到他们以前看不到的信息——就像戴上一副新眼镜一样。或者，更好的是，一副新的助听器。