Команда исследователей из Университета Пенсильвании совершила прорыв в области акустики, разработав технологию, позволяющую создавать звуковые "карманы", которые могут быть направлены на конкретного человека в толпе, не нарушая тишину вокруг. Эта инновация, получившая название "аудио-анклавы", открывает новые горизонты для использования звука в общественных местах, библиотеках, музеях и даже в борьбе с шумовым загрязнением в городах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как это работает?
Технология основана на использовании ультразвуковых волн, которые человеческое ухо не может услышать на пути их распространения. Ультразвук, часто используемый в медицинской визуализации, служит "носителем" для слышимого звука. Два луча ультразвука с немного разными частотами (например, 40 000 Гц и 39 500 Гц) пересекаются в заданной точке, создавая новую звуковую волну, равную разнице между их частотами. В данном случае это будет звук на частоте 500 Гц, который уже находится в диапазоне человеческого слуха.
"Мы создали виртуальные наушники", — объясняет ведущий автор исследования Цзясин Чжун, акустический исследователь из Университета Пенсильвании. "Человек внутри аудио-анклава может слышать звук, предназначенный только для него, в то время как окружающие ничего не услышат".
Преодоление препятствий
Одной из ключевых инноваций технологии является способность ультразвуковых лучей огибать препятствия. Для этого исследователи использовали "акустические метаповерхности", которые могут точно управлять путями распространения звуковых волн. Это похоже на то, как оптическая линза преломляет свет.
"Человек, стоящий в целевой точке, услышит звук, а те, кто находится рядом, ничего не заметят", — говорит соавтор исследования, профессор акустики Юнь Цзин.
Для проверки системы ученые использовали манекен с микрофонами внутри ушей, чтобы имитировать восприятие звука человеком. Третий микрофон сканировал область пересечения ультразвуковых лучей. Эксперименты подтвердили, что звук становится слышимым только в точке пересечения лучей, создавая так называемый "анклав".
Текущие ограничения и перспективы
На данный момент технология позволяет создавать аудио-анклавы на расстоянии около одного метра с громкостью 60 децибел, что соответствует уровню обычного разговора. Хотя исследователи подчеркивают, что до коммерческого применения технологии еще далеко, ее потенциал огромен.
В общественных пространствах, таких как библиотеки или музеи, аудио-анклавы могут передавать информацию определенным группам людей, не мешая окружающим. Кроме того, технология может быть использована для создания зон тишины в шумных городах, обеспечивая комфорт в условиях шумового загрязнения.
"Мы только начинаем исследовать возможности этой технологии, но уже сейчас видим, что она может изменить то, как мы взаимодействуем со звуком в повседневной жизни", — отмечают авторы исследования.
Этот прорыв в акустике не только открывает новые возможности для коммуникации, но и может стать важным шагом в создании более комфортной и тихой среды в общественных местах.
Комментарии (1)