聲學稜鏡：將聲音散成彩虹——《物理雙月刊》

光速是宇宙的終極速限，任何的物質運動和資訊傳遞都不准超速。不過最近有人做出了最新預測，除了一般物質外，聲音的傳遞速度竟然也有最大上限？

不管是光（電磁波）還是聲音，都是以波動的形式傳播。值得注意的是，波速只會跟系統本身性質(例如：介質不同)有關，一般的繩波或是水面波同樣也是如此，不論震動得多用力或多快，都不會讓波跑的更快或更慢。

我們可以把聲波的傳遞想像成下圖中的彈簧。既然彈簧波的速度可以用彈性係數和彈簧質量來表示，同樣的，聲速應該也可以用某些性質來描述。

先從聲音的性質說起

聲音在不同材料中傳遞的差異，可以用體積模數（Bulk Modulus，簡寫 B ）來表示。體積模數代表物體在面對外部壓力時，會做出多少體積上的改變。數學上可以寫成：

等號左邊是施加的壓力，右邊是體積模數 B 乘上體積變化量占總體積的比率，負號只是習慣，這代表相同壓力下，B 值越大物體越不容易壓縮，和彈簧的 F=-kx 類似。我們知道越「硬」的彈簧反應越快，可以更快地傳遞波動；同樣地，比起在空氣中傳遞，聲速在較難壓縮的液體和固體中會比較快。因此不難看出，B 會與聲速扯上關係，而且 B 值越大聲速越快。

一般來說，聲速可以寫成：

分子就是上面提到的體積模數 B，而分母的材料密度則表示介質越稀疏，聲速越快。國中學過的聲速與溫度成正比便是這個道理，當溫度變高時，空氣體積膨脹，密度變小，因此聲速傳遞更快。

為什麼聲速有上下限？

不過公式中的 B 和材料密度都是需要透過實驗獲得的材料參數，因此很難看出聲速會有什麼上下限。如果要再往前一步，就必須進入微觀的原子尺度。想像兩個同極相斥的磁鐵，彼此互相靠近時，斥力會逐漸變大；這是因為隨著兩個相斥磁鐵逐漸靠近，抵抗靠近的磁力位能會逐漸增加。

同樣地，當原子間的鍵結能量增加，將兩顆原子拉伸或壓縮的難度會隨之上升，物體也就越不容易被壓縮。也就是說，體積模數 B 正比於單位體積內原子間的鍵結能量，巧合的是，材料密度也能寫成單位體積內的原子質量，於是我們可以將聲速寫成：

一般固態物質中，鍵結能量可由古早的波耳氫原子模型導出，大約是 α²c²m_e / 2（原子質量），α 是一大串常用的物理常數，c 是光速，m_e 是電子質量。於是我們在原子尺度的物理圖像中，得到了聲速的新公式：

公式中的英文字母都是常數，唯一重要的是原子質量，原子質量越小的聲速便越快。依照理論，聲速最快的會是原子量=1 的固態氫原子，聲速為 36100m/s 。

聽起來很厲害，實際上真的是如此嗎？

針對一系列不同原子量的固態元素，我們可以看看他們的聲速是否的確符合預期。不過因為 B 的實際值和鍵結種類，晶格結構等複雜因素有關，因此並不會完全落在理論線上，不過整體的趨勢十分吻合。

有趣的是，如果我們將新的聲速公式移項一下，會發現聲速上限對光速的比率，可以用簡單的物理常數來表示，這點是前人使料未及的。這結果或許不像光速這麼絕對，不過仍然是一次很漂亮的科學推理，也為固態物理的理論與實驗提供了嶄新的發展題材。

參考資料

1. Trachenko, K., Monserrat, B., Pickard, C. J., & Brazhkin, V. V. (2020). Speed of sound from fundamental physical constants. arXiv preprint arXiv:2004.04818.

• 作者／朱中亮，財團法人食品工業發展研究所資深研究員

為了生產更天然、新鮮、少添加物使用的加工食品，食品科學家積極研發各種對食品品質破壞較小的非熱加工技術，希望突破熱殺菌的極限。

本期ILSI Taiwan專欄邀請財團法人食品工業發展研究所朱中亮資深研究員介紹現代食品加工技術，包括無菌加工技術、超高溫短時間滅菌技術、冷凍乾燥、欄柵技術、薄膜除菌等殺菌技術，以及製造外觀花俏食品的擠壓加工技術。

無菌加工技術：滅菌之餘美味依舊

隨著食品科技日新月異的發展，許多食品加工技術已非是在廚房中就能辦到的程度。首先要談的「無菌加工」，絕對是能被譽為20世紀食品界重大里程碑的一項技術。

無菌加工是相對於傳統的罐頭加工發展出來的先進技術。罐頭加工將食品原料殺菁後，裝至鐵罐並封口隔絕外界環境，再透過殺菌釜高溫滅菌，將鐵罐內部的微生物都殺死後，才能常溫保存。但是這樣滅菌處理的食品因經過長時間加熱殺菌，風味並不好。

因此科學家想到，在原料填充至罐頭前先滅菌處理，而包裝容器也同樣先滅菌，使食品與容器都達到無菌狀態，最後才在無菌環境中充填並封罐，如此便能降低滅菌的溫度與時間，讓產品的美味依舊，譬如果汁就是無菌加工中最成功的商品之一。

滅菌技術強調殺菌溫度與時間的權衡，提高溫度就能大幅減少加熱時間。

譬如說罐頭要在 121℃ 下殺菌數十分鐘才能達到的滅菌效果，無菌加工則是將溫度提升至 135℃，只需要數秒鐘即可達到相同的效果，且能保留更多的食品風味。現今食品工廠中製作果汁或乳品等，在全自動化的產線中只需要一兩個人力控制機器，產品全在密閉的管線中輸送滅菌，最後才在無菌環境進行包裝。常見的利樂包、部分的包特瓶裝飲料也都是應用無菌加工技術的產品。

當我們飢腸轆轆卻不知該吃什麼時，只要撕開包裝、注入熱水，等待片刻就能享用的泡麵深獲許多人喜愛。別小看一碗簡單的泡麵，背後可是應用了許多現代食品加工技術，如：蔬菜的冷凍乾燥技術、速食麵條的油炸乾燥技術，以及即食調理包的殺菌軟袋技術等。

冷凍乾燥與傳統熱風乾燥相比，能保持食物乾燥前的外觀，其原理是先將食品中的水分凍結，然後控制在真空壓力下能直接將冰昇華為氣態水，因此食物形態能被完整保存，同時在食品中形成許多微孔也造就了食品具有較佳的復水性，冷凍乾燥的食品便能快速吸水沖泡開來；麵條則是煮熟後利用高溫油炸逼出水分，使原本水分存在的地方產生孔洞，同樣達到快速沖泡復水食用的目的。

經過乾燥後的食品本身水活性低，可以長久保存，因此不需要額外添加防腐劑。但速食麵會添加抗氧化劑，原因在於麵條油炸後含油，若不添加抗氧化劑，會造成油脂酸敗，反倒可能產生對人體有害的物質。另外，碗裝泡麵的容器也須經過高溫溶出測試，確定在熱水中泡一段時間後不會溶出對人體有害的物質，才能當作食品容器，消費者在選購上也可以安心。

食品擠壓加工技術：花俏食品外觀靠這招

擠壓加工或許沒那麼容易理解，它的做法與製作塑膠製品的原理─「塑膠射出成型」有些類似。首先將食品原料填充進擠壓機，接著經過揉合、必要時加熱，食品的特性會變得像泥狀。擠壓加工就是趁著食品在泥狀時，迅速將其噴出成形，常見的應用像是貝殼狀或螺旋狀的義大利麵、各種形狀的零食，或是現在正夯的植物肉等。

欄柵技術：多管齊下保持品質

欄柵技術的原理如同治療愛滋病的雞尾酒療法，如果給予一種藥物無法控制病毒，那就給予多種藥物進行治療，將病毒量控制到最低。罐頭食品是以高溫滅菌，讓食品中的微生物一槍斃命無法存活，但缺點是可能會使食品風味變差，並非適合所有的食品；而欄柵技術則是多管齊下的策略，結合各種控制微生物的因子，如：降低水活性、pH值、添加防腐劑、真空包裝去除氧氣或填充惰性氣體、以及冷藏等，藉由調控多種因子，以維持產品品質並延長保存期限。這項技術可謂知易行難，需要十分良好的製程管控才能辦到，在食品科技中稱為 HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points，危害分析重要管制點)，這項技術多年來已廣為食品工廠應用。

薄膜除菌技術：讓飲料好喝又能保存

薄膜除菌技術顧名思義就是使用一種能讓食品中的水與各種成分（如香氣、維生素、蛋白質等）可以通過，但細菌無法通過的薄膜，以達到除菌效果。一般現打的西瓜汁大概放置一天就腐壞不能飲用，但使用薄膜除菌技術包裝的西瓜汁，存放時間能延長到將近兩星期。而為了確定薄膜的有效性，食品科學家用已知最小的細菌測量通過薄膜的量，能減少99.999% 才能稱為有效薄膜，這也是此技術最困難之處。

高壓加工技術：超高壓殺死細菌

前述如製作罐頭的熱滅菌技術、利用膜過濾的薄膜除菌技術等都是常見的殺菌方法。但如果不希望食品被過度加熱，也無法通過薄膜時，譬如魚肉這樣的食品該如何殺菌呢？科學家發現可以對食品施以高壓將微生物殺死。

高壓加工技術的原理是藉由施以高壓，改變細胞膜的通透性，導致細胞內物質流出，或是破壞細胞的繁殖功能使細胞死亡。此項技術是將食品包裝在至容器中放入可以耐高壓很厚的鋼管中，我們稱為高壓腔，在高壓腔注滿水後用高壓泵對管內注水加壓，使腔室內部的水壓到達將近 6000 大氣壓（世界上最深的海溝壓力也「只有」2000大氣壓），就可殺死微生物。由於容器內的食物是受到來自四面八方均勻的壓力，因此並不會造成食物形狀的改變，而且加壓是在室溫甚至低溫之下進行，食物的風味也不會被破壞。這是一項可以良好保持食品色香味的技術，但相對的製造成本也比加熱殺菌高出許多。

食品高壓加工技術從發展到成熟歷時將近百年的時間，除了設備的造價高昂之外，科學家們也必須證實這種方法確實能夠殺滅食品中的細菌，並且不會造成食品品質改變，目前在加拿大、美國、英國、歐盟都已經有研究證實。

加工食品的美麗與哀愁

食品加工的目的有很多，如：提高食品的食用性、保存性、便利性、嗜好性、衛生安全、營養價值、運輸性、商業價值等，看似都立意良善，那為什麼社會上存有「加工食品就是不好的」、「加工食品就是沒營養」、「加工食品是造成文明病主因」等印象，原因出在哪裡呢？

身為一位食品研究者，當社會大眾對健康的需求日益增加時，我們的挑戰是製作出健康、少鹽、少油、少糖、無反式脂肪的食品，且無農藥殘留或毒素。然而過去的確有少數廠商並未花費足夠心力去達到這些目的，反而是為了在市場上取得競爭優勢，使用不正當手段製作產品，這毫無疑問是必須被檢討的。

本文目的是希望能讓讀者了解，市面上還存在許多並非單從字面上的名稱或感覺就能對它做出正確判斷的加工食品，也有許多運用適當的加工技術、用心實在的加工食品供民眾選擇，希望民眾能夠正確分辨出這些加工食品。

延伸閱讀

• ILSI Taiwan 專欄-2016年第4期- 食品高壓加工技術─ 熟食般的安全、更新鮮的質感

• 本文轉載自 ILSI Taiwan-2019 年第 7 期《廚房裡辦不到的加工技術─認識現代食品加工》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 ILSI Taiwan 喔！
• 作者／朱中亮│資深研究員
  德國Hohenheim大學食品科技研究所博士，現任財團法人食品工業發展研究所資深研究員。專長為食品加工與製程，目前研究技術領域為食品非熱加工技術、冷藏食品保存期限預測及溫度管理技術等。

文／陳勁豪｜臺大梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心 專案計畫助理研究員

瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家發明了聲學稜鏡，可以用物理方法來分離出聲波中不同頻率的成份。

早在 1672 年，牛頓就已經利用一系列的實驗證明，我們常見的白色光是由許多不同顏色的色光所組成。他的作法是讓白光通過一個由玻璃做成的三稜鏡。不同顏色的光從物理的角度就是指不同頻率的光。玻璃的折射率對不同頻率的光都不太相同，因此當白光經過三稜鏡中的兩次折射後，便可以分離出各種不同頻率的光。當然自然界中有許多方法可以作到類似的效果，即便是透過一個小水滴也可以得到相似的現象。

但是同樣是波動，聲波基本上就沒有辦法用類似的方法來分出不同頻率的成份。要把聲波中不同頻率的成份分出來，基本上只能用電子方法，先把聲波用傅立葉變換轉換成頻譜，然後取出或濾掉想要的頻率，再轉換回聲波。這一系列的過程相當麻煩。

瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家發明了一個新的方法，他們可以透過純物理的方法，不須透過各種電子元件就可以把聲波中不同頻率的成份分開。他們的器材是以十個完全相同的方形鋁塊做成。鋁塊的中間跟上方各有鑽孔，十個鋁塊接起來後，看起來就像個上方有挖洞的鋁製方管，外貌也有些類似長笛。關鍵的部份是在鋁塊與鋁塊之間貼有薄膜。當聲波要透過薄膜傳遞時，不同頻率的聲波經過薄膜時會因為頻率不同而產生傳遞的時間差，因此頻率較高的聲波比較容易轉彎，頻率較低的聲波偏折的方向會小一點。

當他們進行實驗的時候，他們輸入了 600-1400 Hz 的聲波。他們發現頻率越高的聲波會被導向較接近音源的表面，而頻率越低的部份則會出現在鋁管的末端。換句話說，這個鋁管就像一個聲學的稜鏡一樣，可以以物理方法把不同頻率的聲波分離出來。

這個研究立刻產生了許多可能的應用方向。其中一個可能的應用是拿來作為聲學天線用。當來自遠方的聲音被這個聲學稜鏡接收到，由於不同的頻率會對應到不同的反射角，只要測量接收到的訊號中，訊號最強的頻率，就可以反推回聲源的方向。更重要的，是這個分離頻率的方法其實相當簡單，因此應該可以很快的把這個方法優化並且產生更多大量的應用。

原始論文：

• Exploiting the leaky-wave properties of transmission-line metamaterials for single-microphone direction finding, J. Acoust. Soc. Am. 139, 3259 (2016)

相關報導：

• EPFL News 2016/08/09: Researchers invent acoustic prism
• Scientific American 2016/11/01: Engineers Debut the Acoustic Prism
• 跟著鄭大師玩科學 2017/05/04：淺談聲學稜鏡

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 2 月號 ，更多文章請見物理雙月刊網站。

• 作者／曾靖越
  臺北市立大學視覺藝術學系助理教授，熱愛閱讀、電影、跑步與科技藝術。每天不喝咖啡就無法將大腦開機，期許自己的文字能對社會產生些許功能性。

數位時代，製造仿生獸只需要搜尋關鍵字

荷蘭藝術家泰奧．揚森（Theo Jansen）製作的仿生獸（Strandbeest），多次來臺展出，它那奇妙的結構與不可思議的運作模式，總是能在展場吸引大家駐足欣賞。但是如果自己有強烈的慾望想要擁有一臺（隻？）仿生獸，那該怎辦？作者的官方網站就有販售模型的引導頁面，這個可動的自組模型似乎和「大人的科學」所附贈的是一樣的。

可是數位時代，或說自造時代，光買個模型回來自己組合，好像對愛好自找麻煩的人，實在挑戰性甚低。幸好，知名 DIY 網站教學 Instructables，總是提供了各種解決之道。只要登上網站搜尋關鍵字「Strandbeest」，將發現數量多到可以做到手軟的各種教學；這些教學都是世界各地的創作同好，將自己的創意付諸實現之後，把心得整理後進行分享、發布平台。

Maker 文化風起：製造知識分享+數位機工具

隨著「數位製造機工具的普及」（諸如 3D列印機、雷射切割機、CNC三軸雕刻機等等），以及「製造知識的交換與分享」，讓個人製造的文化在當代大行其道¹。人類在深層內心中對於親身實踐的渴望，我們可以從被譽為自造者領袖，也是美國首間自造者空間 TechShop 創辦人之一的馬克．哈奇（Mark Hatch），所提出一段自造者運動宣言²中深刻體會：

「製造」是我們之所以為「人類」不可或缺的要素，我們必須經由製造、創造、表達，才能感受到完整。製造實體物品是獨特的，我們產出的物品就像是自己的一部分，彷彿能體現出我們內在靈魂的某一區塊。

前面小節提到的「製造知識的交換與分享」、「數位機工具的普及」，是讓創客（Maker）文化迅速流行的關鍵，若再深究這兩個元素的相同之處，那就是「數位化」讓製作資訊的傳遞與分享，更為快速與簡易。再進一步思考，創客運動是透過數位化及社群分享的力量，將數位檔案（虛擬），於機工具進行實體輸出（現實），因此，數位製造的機工具可以看作打破虛擬與現實的關鍵，這是一種「位元」與「原子」互為表裡，雙向交流的一種體現³。

現代自造新風貌：混合在線與離線

這裡我們再回頭來談談仿生獸，來印證上面講的一些概念：若我想打造一隻自己的仿生獸，可以先 Google 廣大網友的製作心得，像是「打造仿生獸的六個常見問題」⁴，去習得一些製作的脈絡與心得，也可透過了解別人失敗的經驗，並進而避免問題重複發生。當我充滿信心，又找到雷切機或 3D列印機可以使用後，便想要用數位工具自己製造零件出來。這個步驟需要將零件數位化，並運用機器製造出來，許多 Maker 會選擇前面提到的 Instructables 等網站，搜尋看看有沒有相關案例，並下載原始檔案，依喜好自行修正或直接輸出使用。

這裡有一個很特別的現象：

即便我自己沒有真實具備工匠的手藝與技能，但我卻能透過網路分享平台，得知世界上某個角落創作者的自身心路歷程，並透過使用他的數位檔案，如實複製與實現真實的物件。

深度數位化的今日的社會，我們早已習慣於數位檔案無限複製與分享的生活型態，若再加上 3D列印機等數位機工具的出現，我們將發現「原子的作用越來越像位元」，原子儼然已經成為了新位元，換句話說，而數位檔案可以編修與輸出型態，間接讓電腦程式以處理位元的方式處理原子，促成了「混搭」（remix）文化⁵。

從另一個角度來看，這種數位檔案編修的混搭文化，讓線上的創客社群成為製造參與、消費與產製的新空間形態，社群中的個體在創造屬於自己的作品外，還能在平台中交換知識與資源，使當代的創新設計與製造實踐，已逐漸呈現一種「混合在線與離線製造」的新風貌⁶。

將聲紋轉化為首飾

於此，我們再來談談一個創作型態：Soundwave Jewellery，這是家由加拿大的金工創作者 Danielle Crampsie 所創建的公司。提供服務，將顧客的聲波視覺化、轉刻在各種首飾之上，形塑一種個人化的穿戴式配件。

Soundwave Jewellery 的作品非常特別，除了美觀之外，顧客對於首飾上的紋路（也就是聲波）會產生高度認同感，因為這些圖形不是別的，是自己或可能是與自己關係密切的人（事、物）所說的話（或發出的聲音）。Soundwave Jewellery 提供給顧客一個非常寶貴的價值，這種價值是如同旅人與紀念品，是以保存回憶，而提高物件的珍貴度所產生的，這種物件與回憶的微妙連結，使人與物件，人與回憶的關係長久持續⁷。

Soundwave Jewellery 的工藝品表現精緻，若自己也想擁有，但買不下去，可以買一塊 3mm 至 5mm 的壓克力板，找一台筆電、一台雷射切割機來試看看接下來的步驟：

1. 將聲音數位化：
   我們所看到聲音的波形，是一種將無形化為有形的視覺表現；若要將創作的本體：「聲音」，進行型態的捕捉，在今日非常容易執行，只要運用手邊的行動電話，以各種錄製聲音的App進行錄音即可。這種類型的App往往都可以儲存wav, mp3等格式之音訊檔案，聲音錄製好之後，可用自己熟悉的方式，將聲音檔案從手機傳到電腦（雲端硬碟、藍芽、儲存卡等等均可）。

2. 將聲音數位檔視覺化：
   前一個步驟所得到的數位聲音檔，並非視覺化的聲音波形圖，因此，若要進行聲波形態的編輯與輸出，則要將其視覺化。在網路上搜尋了許多方法後，可發現由設計師 MishaHeesakkers 所開發的線上服務：Waveformer ，是最理想的方案。Waveformer是一個可提供使用者上傳聲音檔案（諸如mp3與wav檔均可上傳），並將其聲音波形轉為向量檔案（svg格式）的網站，下載之後的向量檔案將可供繪圖軟體進行編輯。

3. 檔案編修與運用數位自造機工具輸出實體：
   下載後的 svg 檔案可以透過向量圖行編輯軟體（像是Adobe Illustrator）進行編輯，修改成為自己喜愛的個人特色聲波圖後，就可以運用雷射切割機進行輸出。

用類比型態詮釋數位非線性剪輯特性

日本產品設計師與電子藝術家 Yuri Suzuki，擅長運用不同媒材探討聲音與人的關係。Yuri Suzuki 跟許多人一樣，在數位洪流中對類比時代聲音形式的消逝感到困惑，因此，他透過作品 The Physical Value of Sound ，針對數位時代中「聲音的型態」進行提問⁸。The Physical Value of Sound 運用黑膠唱片與唱機的重新衍繹，像是拆解黑膠唱盤軌道重新連接，或是多個唱臂同時讀取不同音軌且同時播放，都是一種用類比型態詮釋非線性剪輯的一種方式，讓類比音樂模式也能有數位化的編輯特性，十分有趣。

日本慶應義塾大學環境情報學部教授田中浩也，曾提到的數位製造中的概念循環：在進行數位製造的過程當中，「物品」（Prototype），「事件（或故事）」（Story），「體驗」（Experience）三個內涵元素彼此會進行循環，而這樣的過程當中，建構了 FabLab（Fabrication Laboratory）運作的主要概念。

換句話說，這呼應到了本文最前面所談及的自造者的創作型態：數位自造概念起始於製造者有了需求與想像，接著便開始動手進行製造（將意念轉為位元，將位元（資訊）轉化為原子（物質）），最後，將成品進行公開交流討論與分享。如此一來，新的成品將不斷被製造出來（透過成品與數位檔案的再次分享），而成品的使用又產生經驗，而這種經驗在使用、分享甚至進化改良的過程中，又形成故事，如此一來，整個數位自造的過程便如同循環一樣，一直反覆下去⁹。

藝術家動手將思想與創意，無中生有地產出實體作品，其實也是一種古老的創客。當代的許多新媒體藝術家，亦早已運用數位機工具進行創作，臺灣年度自造者盛會 Maker Faire Taipei，去年（2017年）甚至首次出現以「創客藝術」為主題的展覽特區，綻放出自造運動的當代新美學。

數位時代，創作者的意念已可透過技術的標準化，無縫傳達給他人，這種虛實整合提供了一種新的思維模式，讓創作者的「製造者身份」被概念化為一種數位媒介下的製造實踐主義（maktivism）、DIY公民¹⁰。總體而言，數位時代中，由於技術的標準化，創作的概念形變為線上技術服務、電子原始檔案、多媒體教學文件、並於線上群組進行分享（如下圖），這都已是當代的一種創作生態，這是一種不斷運用「眾人的智慧」的共生形式。

註：本文結構與內容延伸自 – 曾靖越（2017）。 位元與原子-創作概念在自造時代的形態轉換。2017「創新、設計、經營」國際研討會暨亞洲基礎造形論壇，國立台北商業大學，桃園。

1. 田中浩也（2013）。 FabLife ： 衍生自數位製造的「製作技術的未來」 （許郁文， Trans.） 衍生自數位製造的製作技術的未來 （初版. ed., pp. 20-21）. 臺北市： 臺北市 ： 泰電電業。
2. Hatch, M. （2015）. 全世界在瘋什麼自造者運動？ 解放創新思維,動手打造未來新世界 （張嚴心, Trans.） （ 21）： 臉譜出版;家庭傳媒城邦分公司發行.
3. 田中浩也. （2013）. FabLife ： 衍生自數位製造的「製作技術的未來」 （許郁文, Trans.） 衍生自數位製造的製作技術的未來 （初版. ed., pp. 16）. 臺北市： 臺北市 ： 泰電電業.
4. 原文作者： Jeremy S Cook, 6 Common Problems to Avoid When Building a Strandbeest, 譯： 劉允中, 摘自：
5. Anderson, C. （2013）. 自造者時代 啟動人人製造的第三次工業革命 （連育德, Trans.） （ 107-110）： 天下遠見出版公司.
6. 邱誌勇（2016）. 實體與虛擬的並置參與：當代自造者運動的社群集結與想像. 考古人類學刊（85）, 83-107. doi：6152/jaa.2016.12.0004
7. 賴彥均（2007）. 紀念品：旅遊回憶的保存與觸發. （碩士論文）, 國立交通大學, 新竹市.
8. 該作品創作理念請見：
9. 田中浩也（2013）。FabLife ： 衍生自數位製造的「製作技術的未來」 （許郁文, Trans.） 衍生自數位製造的製作技術的未來 （初版. ed., pp. 60）。 臺北市： 泰電電業。
10. 邱誌勇（2016-07-26）。創客運動 實踐科技空間的虛擬性.

本文轉自 nmlab《如何運用大眾的智慧打造仿生獸與聲紋吊飾》

文／陳勁豪｜臺大梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心 專案計畫助理研究員

瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家發明了聲學稜鏡，可以用物理方法來分離出聲波中不同頻率的成份。

早在 1672 年，牛頓就已經利用一系列的實驗證明，我們常見的白色光是由許多不同顏色的色光所組成。他的作法是讓白光通過一個由玻璃做成的三稜鏡。不同顏色的光從物理的角度就是指不同頻率的光。玻璃的折射率對不同頻率的光都不太相同，因此當白光經過三稜鏡中的兩次折射後，便可以分離出各種不同頻率的光。當然自然界中有許多方法可以作到類似的效果，即便是透過一個小水滴也可以得到相似的現象。

但是同樣是波動，聲波基本上就沒有辦法用類似的方法來分出不同頻率的成份。要把聲波中不同頻率的成份分出來，基本上只能用電子方法，先把聲波用傅立葉變換轉換成頻譜，然後取出或濾掉想要的頻率，再轉換回聲波。這一系列的過程相當麻煩。

瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家發明了一個新的方法，他們可以透過純物理的方法，不須透過各種電子元件就可以把聲波中不同頻率的成份分開。他們的器材是以十個完全相同的方形鋁塊做成。鋁塊的中間跟上方各有鑽孔，十個鋁塊接起來後，看起來就像個上方有挖洞的鋁製方管，外貌也有些類似長笛。關鍵的部份是在鋁塊與鋁塊之間貼有薄膜。當聲波要透過薄膜傳遞時，不同頻率的聲波經過薄膜時會因為頻率不同而產生傳遞的時間差，因此頻率較高的聲波比較容易轉彎，頻率較低的聲波偏折的方向會小一點。

當他們進行實驗的時候，他們輸入了 600-1400 Hz 的聲波。他們發現頻率越高的聲波會被導向較接近音源的表面，而頻率越低的部份則會出現在鋁管的末端。換句話說，這個鋁管就像一個聲學的稜鏡一樣，可以以物理方法把不同頻率的聲波分離出來。

這個研究立刻產生了許多可能的應用方向。其中一個可能的應用是拿來作為聲學天線用。當來自遠方的聲音被這個聲學稜鏡接收到，由於不同的頻率會對應到不同的反射角，只要測量接收到的訊號中，訊號最強的頻率，就可以反推回聲源的方向。更重要的，是這個分離頻率的方法其實相當簡單，因此應該可以很快的把這個方法優化並且產生更多大量的應用。

原始論文：

• Exploiting the leaky-wave properties of transmission-line metamaterials for single-microphone direction finding, J. Acoust. Soc. Am. 139, 3259 (2016)

相關報導：

• EPFL News 2016/08/09: Researchers invent acoustic prism
• Scientific American 2016/11/01: Engineers Debut the Acoustic Prism
• 跟著鄭大師玩科學 2017/05/04：淺談聲學稜鏡

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 2 月號 ，更多文章請見物理雙月刊網站。