为了创造出符合儿童使用的简单乐器，来自哥伦比亚大学、哈佛和MIT的计算机科学家证明了通过3D 打印控制乐器形状则可以控制声音。他们设计了一种经过优化的算法，并且使用计算机方法和数码合成方法，结合形态控制等来控制其声学特性——包括声音和振动。该研究发表在《SIGGRAPH Asia》杂志上。

Zheng是一位基于物理学的动态的计算声学方面的研究人员，他希望知道是否可使用计算和数码合成的方式来控制物体的声学特性，或者说振动。声音模拟一直是计算机图像领域的一个热点，计算合成也是一样，“我们希望能够将这两个学科结合起来，并且探索通过控制形状对其振动频率等方面的影响。”Zheng的团队决定将重点放在简化设计乐器等通过振动产生声音的仪器本身，而不是通过字符串或其他方式。由于表面振动及其产生的声音严重依赖于乐器的形状，因此通过设计形状来获得想要的声音并不简单，并且乐器的形式还要是利于人们接受的形状。

为了验证其新技术，该团队建造了一种具有动物形状的铁琴，叫做“zoolophone”。他们对算法进行了优化，并且也对3D打印的乐器中的动物形状进行了调整，包括狮子，乌龟，大象，长颈鹿等。Zheng说，“我们的zoolophone的特点是可以根据演奏音符等进行自动调整。通过变形等方式来自动优化2D或者3D物体的形状，我们可以获得很多专业的声音。”

虽然仅仅是一个有趣的玩具，但是zoolophone代表的是关于物体形状和材料特性与声音振动方面关系的研究。当以前的算法聚焦在优化放大倍数或者频率时，zoolophone则需要同时优化两个方面，从而可以完全控制声音特性。“现今物体的声学设计仍然非常落后和昂贵，我们希望可以探索计算设计算法，从而有效提高更好控制一个物体声学特性的过程，不论是达到理想的声音频谱还是减少不想要的杂音。该研究是我们在这个方向上迈出的第一步。”Zheng说。Zheng，其在计算机图形学方面以前的工作集中于将合成的声音自动同步到模拟声音中，已经通过感兴趣的研究人员将其方法运用到微机电系统（MEMS），用于过滤射频信号。

该研究中在哥伦比亚大学完成的部分由美国国家科学基金会（NSF）和英特尔资助，在哈佛大学和麻省理工学院由美国国家科学基金会，美国空军研究实验室和DARPA资助完成。 

新材料在线编译整理——翻译：杨超    校正：摩天轮