星期四, 三月 02, 2006

论传音入密的可行性(下)

首先回Hengman同学对低频失真的事宜。Hengman和我说的都没有错,主要是两人的应用环境不同。在介质中传播的衰减,确实是波长越短衰减越快,波长越长衰减越慢。我说所得低频衰减,则主要是指在某个系统中的衰减,比如本文中的传音入密系统。以我们比较熟悉的音箱为例,如果没有配置低音炮,则低频信号的回放效果要比原有的衰减很多。

下面继续上文的讨论。

声波的这两个基本特性都非常不利于传音入密的实施,这和我们的日常生活经验也是一致的,无论你是否对着一个人说话,当他和你距离接近时,他总能听到你的声音。传音入密的关键就是克服上述两个因素。中学物理学过,把发散的光线转为向某个特定方向传播有两种方法,使用凸透镜或凹面镜。如果光源放在焦点,则反射的光线为平行光,如果在焦点外,则放射光线汇聚到另一点上。虽然凸透镜和凹面镜并不能保证其它部分无法看到光线,但光强差别很大,如果经过合适的功率控制,则能够很好的保证在除了某些特定区域外,其它区域的光强小于某个人眼能感知的域值。声波也类似。

根据上述分析,可以得到传音入密的关键在于在传音的瞬间打造一面对于声波而言的凸透镜或凹面镜。为了消除衍射的影响,镜面的尺寸要至少是波长的10倍,考虑到通常的人声部分在200~1200 Hz (花腔女高音大约最高为1100Hz),即可得到镜面直径要至少2.8米才能得到比较理想的反射或折射效果。另外,根据传音入密的随时可用性,能够借助的物质只有空气,由于声波在真空中无法传播,因此当声波遭遇到空气和真空的切面时,必将完全反射。一个可行的传音入密体系结构如下:

传音者根据自己和接收者耳朵的位置,发动自身内功,在空气中瞬间制造一个以真空为反射面的凹面镜,使得自己发出的声音经反射后,恰好汇聚到接收者耳朵。凹面镜的曲面采用椭球即可,发生部位和接收者耳朵恰好位于椭球的两个焦点上。

下面我们讨论该体系结构的合理性。

首先,可以很合理的认为内功的深厚和可制造镜面的大小,真空的纯净性是呈正相关。镜面越大,则镜面和低频声波的波长相比尺寸越大,低频声波的衍射效应越弱,反射效应越强,低频信号反射效果越好;真空的纯净度越高,则整体的折射越差,反射越好,因此内功越深厚的人,传音的效果越高,低频失真越低,听到的效果越像原声。这很符合传音入密所表现出来的特性。

其次,当声波聚焦到接收者耳朵后,仍然会发生衍射,另外,没有被反射的那部分声波还是会以正常的声音传播方式传到其他人耳朵里;也就是说,附近的人还是能够听到声音。这个看似很棘手的问题其实解决起来很简单,即传音者进行合适的功率控制。当我们对着别人耳朵说悄悄话的时候,或者戴着耳机听音乐的时候,即使近在咫尺的人也无法听到悄悄话或音乐究竟是什么。造成这一现象的原因是人耳能够听到的声强范围相差1000倍,即30dB。也就是说,如果传音者用说悄悄话时候的声音大小进行传音,即使其他人耳朵能够接收到声波,但由于声强过低,无法能够听到声音。

附1:目前已经有军方作成类似千里传音的设备,使得声音具有一定的方向性,但千里传音比起传音入密的近距离版本,还是有不小差距。

附2:上文的一个附带推论,也就解释了佛家的“天耳通”,如神雕侠侣中绝情谷一灯大师使用“天耳通”技术听到裘千尺对公孙绿萼的谈话。所谓天耳通,和传音入密类似,只是需要把椭球镜面的两个焦点分别置于想偷听别人说话的嗓子和自己的耳朵处即可。

附3:本文还有一个关键技术没有深入讨论,即如何使用内功在空间制造真空反射镜面。该问题留作Future works,等俺有空的时候再来YY.

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