Исследователи разработали технологию создания локализованных звуковых карманов, способных передавать аудио только в заданной зоне, что позволяет слушать музыку, подкасты или вести личный разговор без использования наушников и без помех для окружающих.
Звук представляет собой колебания, распространяющиеся волнами через воздух за счёт сжатия и разрежения молекул. Низкие частоты, как, например, удар бас-барабана, создают глубокий звук, тогда как высокие частоты, подобные свистку, возникают при быстром колебании источника звука. Природа звука и его характеристика диффракции, особенно для длинноволновых низкочастотных сигналов, затрудняют ограничение звучания определённой областью.
Ранее существовавшие сосредоточенные звуковые системы, например, параметрические звуковые массивы, формировали узкие лучи, однако звук оставался слышимым по всей траектории распространения, что снижало их эффективность в создании изолированных звуковых зон.
Новая методика основана на использовании самоизгибающихся ультразвуковых лучей в сочетании с нелинейной акустикой. Ультразвук, звуковые волны с частотой свыше 20 кГц, широко применяются в медицинской визуализации и промышленности. При этом они функционируют как «носитель», оставаясь неслышимыми до момента пересечения двух лучей с различными частотами – например, 40 кГц и 39,5 кГц – разность которых равна 500 Гц, что попадает в слышимый диапазон, создавая звук исключительно в зоне пересечения.
Ключевым элементом технологии являются акустические метаповерхности, которые, подобно оптическим линзам, точно управляют фазой ультразвуковых волн, позволяя лучам изгибаться, обходить препятствия и сходиться в заранее заданном месте. Полученный эффект формирует «аудиальные карманы», где звук возникает только за счёт нелинейного взаимодействия пересекающихся лучей.
Практическое применение технологии обещает преобразить различные сферы: в музеях можно организовать индивидуальные аудиогиды без наушников, в библиотеках – предоставить уроки для студентов без лишнего шума, в автомобилях – обеспечить персональное аудио для пассажиров при сохранении чистоты звука для водителя, а в офисах и военных условиях – реализовать конфиденциальные переговоры. Также возможна адаптация метода для создания локальных зон тишины и активного шумоподавления.
Тем не менее, остаются проблемы, связанные с нелинейными искажениями, влияющими на качество звука, а также вопросы энергоэффективности, поскольку преобразование ультразвука в слышимый сигнал требует высокоинтенсивных полей. Решение этих технических задач может задержать массовое коммерческое применение технологии.
Если научные и инженерные проблемы будут преодолены, данная методика изменит взаимодействие звука с окружающим пространством, открывая новые возможности для создания персонализированных и эффективных аудио систем. Передовые разработки, такие как создание тонкого шелка, снижающего шум на 75%, или эксперименты по передаче звука в вакууме, лишь подчёркивают стремление общества к радикальному переосмыслению традиционных подходов к управлению звуком.
Изображение носит иллюстративный характер
Звук представляет собой колебания, распространяющиеся волнами через воздух за счёт сжатия и разрежения молекул. Низкие частоты, как, например, удар бас-барабана, создают глубокий звук, тогда как высокие частоты, подобные свистку, возникают при быстром колебании источника звука. Природа звука и его характеристика диффракции, особенно для длинноволновых низкочастотных сигналов, затрудняют ограничение звучания определённой областью.
Ранее существовавшие сосредоточенные звуковые системы, например, параметрические звуковые массивы, формировали узкие лучи, однако звук оставался слышимым по всей траектории распространения, что снижало их эффективность в создании изолированных звуковых зон.
Новая методика основана на использовании самоизгибающихся ультразвуковых лучей в сочетании с нелинейной акустикой. Ультразвук, звуковые волны с частотой свыше 20 кГц, широко применяются в медицинской визуализации и промышленности. При этом они функционируют как «носитель», оставаясь неслышимыми до момента пересечения двух лучей с различными частотами – например, 40 кГц и 39,5 кГц – разность которых равна 500 Гц, что попадает в слышимый диапазон, создавая звук исключительно в зоне пересечения.
Ключевым элементом технологии являются акустические метаповерхности, которые, подобно оптическим линзам, точно управляют фазой ультразвуковых волн, позволяя лучам изгибаться, обходить препятствия и сходиться в заранее заданном месте. Полученный эффект формирует «аудиальные карманы», где звук возникает только за счёт нелинейного взаимодействия пересекающихся лучей.
Практическое применение технологии обещает преобразить различные сферы: в музеях можно организовать индивидуальные аудиогиды без наушников, в библиотеках – предоставить уроки для студентов без лишнего шума, в автомобилях – обеспечить персональное аудио для пассажиров при сохранении чистоты звука для водителя, а в офисах и военных условиях – реализовать конфиденциальные переговоры. Также возможна адаптация метода для создания локальных зон тишины и активного шумоподавления.
Тем не менее, остаются проблемы, связанные с нелинейными искажениями, влияющими на качество звука, а также вопросы энергоэффективности, поскольку преобразование ультразвука в слышимый сигнал требует высокоинтенсивных полей. Решение этих технических задач может задержать массовое коммерческое применение технологии.
Если научные и инженерные проблемы будут преодолены, данная методика изменит взаимодействие звука с окружающим пространством, открывая новые возможности для создания персонализированных и эффективных аудио систем. Передовые разработки, такие как создание тонкого шелка, снижающего шум на 75%, или эксперименты по передаче звука в вакууме, лишь подчёркивают стремление общества к радикальному переосмыслению традиционных подходов к управлению звуком.
