Grinzile de auto-îndoire pot oferi unde sonore doar la ureche într-o mulțime

Ce se întâmplă dacă ai putea asculta muzică sau un podcast fără căști sau căști și fără să deranjezi pe cineva din jurul tău? Sau aveți o conversație privată în public fără ca alți oameni să vă audă?

Cercetarea noastră recent publicată introduce o modalitate de a crea enclave audibile – Buzunare localizate de sunet care sunt izolate de împrejurimile lor. Cu alte cuvinte, am dezvoltat o tehnologie care ar putea crea un sunet exact acolo unde trebuie.

Capacitatea de a trimite un sunet care devine audibil doar într -o anumită locație ar putea transforma experiențele de divertisment, comunicare și spațială.

Ce este sunetul?

Sunetul este o vibrație Asta călătorește prin aer ca un val. Aceste unde sunt create atunci când un obiect se mișcă înainte și înapoi, comprimând și decomprimând moleculele de aer.

Frecvența acestor vibrații este ceea ce determină pasul. Frecvențele joase corespund sunetelor profunde, precum un tambur de bas; Frecvențele înalte corespund sunetelor ascuțite, precum un fluier.

Controlul locului în care sunetul este dificil din cauza unui fenomen numit difracție – Tendința undelor sonore de a se răspândi în timp ce călătoresc. Acest efect este deosebit de puternic pentru sunetele de frecvență joasă din cauza lungimilor de undă mai lungi, ceea ce face aproape imposibil să se mențină sunetul limitat la o anumită zonă.

Anumite tehnologii audio, cum ar fi difuzoare parametricepoate crea Beamuri de sunet focalizate vizat într -o direcție specifică. Cu toate acestea, aceste tehnologii vor emite în continuare un sunet care să fie audibil pe întreaga sa cale pe măsură ce călătorește prin spațiu.

Știința enclavelor audibile

Am găsit o nouă modalitate de a trimite sunet unui ascultător specific: prin grinzi cu ultrasunete auto-îndoite și un concept numit acustică neliniară.

Ecografia se referă la unde sonore cu frecvențe deasupra intervalului de auz uman, sau peste 20 kHz. Aceste valuri călătoresc prin aer ca undele sonore normale, dar sunt inaudibile pentru oameni. Deoarece ecografia poate pătrunde prin multe materiale și poate interacționa cu obiecte în moduri unice, este utilizată pe scară largă Imagistica medicală și mulți Aplicații industriale.

În munca noastră, am folosit ecografie ca transportator pentru sunet audibil. Poate transporta sunetul prin spațiu în tăcere – devenind audibil doar atunci când doriți. Cum am făcut asta?

În mod normal, unde sonore Combinați liniarceea ce înseamnă că se adaugă proporțional într -un val mai mare. Cu toate acestea, atunci când undele sonore sunt suficient de intense, ele pot interacționa neliniar, generând noi frecvențe care nu au fost prezente până acum.

Aceasta este cheia tehnicii noastre: folosim două fascicule cu ultrasunete la frecvențe diferite, care sunt complet tăcute pe cont propriu. Dar când ei se intersectează în spațiuefectele neliniare îi determină să genereze o nouă undă sonoră la o frecvență audibilă care ar fi auzită doar în acea regiune specifică.

Înrudite: Aceste căști de anulare a zgomotului pot filtra sunete specifice la comandă, datorită învățării profunde

În mod crucial, am conceput grinzi cu ultrasunete care se pot îndoi pe cont propriu. În mod normal, undele sonore călătoresc în linii drepte, cu excepția cazului în care ceva le blochează sau le reflectă. Cu toate acestea, folosind Metasurface acustice – Materiale specializate care manipulează undele sonore – putem modela grinzi cu ultrasunete pentru a se îndoi în timp ce călătoresc. Similar cu modul în care o lentilă optică îndoaie ușoară, metasurfele acustice schimbă forma căii undelor sonore. Prin controlul precis al fazei undelor cu ultrasunete, creăm Căi de sunet curbate Acest lucru poate naviga în jurul obstacolelor și se poate întâlni într -o anumită locație țintă.

Fenomenul cheie la joc este ceea ce se numește Generarea frecvenței diferenței. Când două fascicule ultrasonice de frecvențe ușor diferite, cum ar fi 40 kHz și 39,5 kHz, se suprapun, ele creează o nouă undă sonoră la diferența dintre frecvențele lor – în acest caz 0,5 kHz, sau 500 Hz, ceea ce se află în interiorul auzului uman. Sunetul poate fi auzit doar acolo unde se încrucișează grinzile. În afara acestei intersecții, undele cu ultrasunete rămân tăcute.

Acest lucru înseamnă că puteți livra audio într -o anumită locație sau persoană, fără a deranja alte persoane pe măsură ce sunetul călătorește.

Avansarea controlului sunetului

Posibilitatea de a crea enclave audio are multe aplicații potențiale.

Enclavele audio ar putea permite audio personalizat în spațiile publice. De exemplu, muzeele ar putea oferi diferite ghiduri audio vizitatorilor fără căști, iar bibliotecile ar putea permite studenților să studieze cu lecții audio fără a -i deranja pe alții.

Într -o mașină, pasagerii ar putea asculta muzică fără a distrage șoferul de la audierea instrucțiunilor de navigație. Birourile și setările militare ar putea beneficia, de asemenea, de zone de vorbire localizate pentru conversații confidențiale. Enclavele audio ar putea fi, de asemenea, adaptate pentru a anula zgomotul în zonele desemnate, creând zone liniștite pentru a îmbunătăți concentrarea în locurile de muncă sau pentru a reduce poluarea zgomotului în orașe.

Nu este ceva care va fi pe raft în viitorul imediat. De exemplu, rămân provocări pentru tehnologia noastră. Distorsiunea neliniară poate afecta calitatea sunetului. Iar eficiența energiei electrice este o altă problemă-transformarea ecografiei în sunet audibil necesită câmpuri de intensitate ridicată care pot fi intensiv în energie pentru a genera.

În ciuda acestor obstacole, enclavele audio prezintă o schimbare fundamentală a controlului sunetului. Redefinind modul în care sunetul interacționează cu spațiul, deschidem noi posibilități pentru experiențe audio imersive, eficiente și personalizate.

Acest articol editat este republicat din Conversația sub licență Creative Commons. Citiți Articol original.