声音可以被看见吗

声音可以被看见吗？如果给声音“照相”会发生什么事？也许你会想，声音怎么能“看见”呢？不用奇怪，科学家已经摸索出一些让人们“看见”声音的方法。

将声音拍下来

彩旗飘飘、波浪翻滚、火焰摇曳……因气压分布不均匀而产生的空气流动，让这些物体“动”起来了。同样，空气流动撞击耳膜，我们便会听到声音。因此，空气的流动就是声音的“影像”。但是，空气没有色彩，我们如何看到它呢？

如果想“看到”声音，最直接的办法是给声音“染色”。比如燃放烟花爆竹时，我们会感觉到一股热浪喷涌而来，还能看见一团白烟像鲜花一样盛开，随后快速消散。这是由于空气的流动和热量的增加让局部的空气密度发生改变，光线通过其中就会产生折射，让原本无色的空气“显形”。

但是，靠给空气加热“看到”声音，既浪费能源又过于危险，该怎么办？1864 年，德国物理学家托普勒模仿光学拍照，发明了一种给声音“拍照”的方法——纹影成像法。它是利用声波导致的不同密度的空气对光源进行扰动，将原本不可被肉眼看见的气流变化，转化成可以被看见的图像。

在纹影成像的基础上，科学家们又寻找不同密度气流对光线的折射规律，直接计算出发声时空气密度的变化，并把它转化成影像。

有了纹影成像法，大到太阳活动的声音、火箭发射的声音，小到蚂蚁咀嚼的声音、细胞运动的声音，都有了纹影图像。科学家可以据此研究声音产生和传播过程中的空气动力学。

用“声学相机”拍摄飞机噪声

不过，纹影成像法虽然能“拍摄”到声音，但精确度并不高。当有多个物体同时发声时，纹影成像法就束手无策了。

20 世纪90 年代诞生的波音777 飞机，是当时许多远程航线的首选。但人们很快发现了一个重大问题：在起飞和降落期间，飞机常常发出类似口哨的巨响。飞机工程师迟迟无法确定噪声的来源，因为飞行中除了巨大的发动机外，其他各种部件的振动以及机身和空气的摩擦都会产生噪声，要在如此复杂的噪声源中找出一个不显眼的噪声，困难重重。

2001 年，美国波音公司的研究人员终于想出了方法：用数百个麦克风在机场的跑道上布设了直径约46 米的螺旋形阵列，用于记录飞越上空的波音777 发出的噪声。最终，研究人员找出了噪声的来源——飞机主机翼前沿的加热孔。当迎面而来的气流穿过小孔时，便会产生巨大的噪声。

波音公司的研究人员使用的麦克风阵列被称为“声学相机”，其利用的是双耳定位的原理：通过计算接收声音的大小和时间差异来定位声源，使用越多麦克风接收声音，声源定位的准确程度就越高。

绘制声音的3D 影像

声学相机虽然能“拍摄”到声音，但成本极高，数据处理也非常复杂。在光学摄影技术的启发下，科学家制造了一款新型声学相机。

匈牙利科学家盖伯提出了一个拍摄3D 影像的妙招，他用激光作为照明光源，将光源发出的光分为两束：一束直接射向感光片；另一束由被摄物体反射后再射向感光片。这样一来，利用光影变幻，能拍出与原来被拍摄物体完全相同的3D影像，这被称为“光全息技术”。

声学研究者从中受到启发，提出了“声全息技术”的概念：发射超声波，使其与待测声源发生“碰撞”，将它们激发的水波或空气波变化转换成声音的3D 图像。

据悉，声全息相机会多角度、全方位捕捉声音，将声场中的声波逐一收集。与纹影成像法相比，声全息相机在排除干扰、定位声源方面的能力更加强大。它的成像分辨率更高，声源定位更精准。无论声源是稳态还是非稳态，是静止还是运动，都逃不过声全息相机的“火眼金睛”。而且，与声学相机相比，它的成本要低得多。

声全息相机不仅能完美实现纹影成像法的各项应用，还能像声学相机一样用于寻找故障源。

此外，在军事武器的制造与改良中也有用武之地。有的国家已将声全息技术应用于战机的减振降噪，使战机噪声大幅降低，大大提高了战机的隐身性。声全息相机还能用于水下装备降噪和目标识别、提高水雷作战效能等方面。