Sem fones de ouvido, sem problemas: este truque acústico dobra o som através do espaço para encontrá -lo

E se você pudesse ouvir música ou um podcast sem fones de ouvido ou fones de ouvido e sem perturbar ninguém ao seu redor? Ou tem uma conversa particular em público sem que outras pessoas o ouçam?

Nossa pesquisa recém -publicada apresenta uma maneira de criar Enclaves audíveis – Bolsos localizados de som que são isolados do ambiente. Em outras palavras, desenvolvemos uma tecnologia que poderia criar som exatamente onde ela precisa estar.

A capacidade de enviar som que se torna audível apenas em um local específico pode transformar entretenimento, comunicação e experiências de áudio espacial.

O que é som?

Som é uma vibração que viaja pelo ar como uma onda. Essas ondas são criadas quando um objeto se move para frente e para trás, compactando e descomprimindo as moléculas de ar.

A frequência dessas vibrações é o que determina o tom. As baixas frequências correspondem a sons profundos, como um bumbo; Altas frequências correspondem a sons nítidos, como um apito.

Controlar para onde vai o som é difícil por causa de um fenômeno chamado difração – A tendência das ondas sonoras de se espalhar enquanto viajam. Esse efeito é particularmente forte para sons de baixa frequência por causa de seus comprimentos de onda mais longos, tornando quase impossível manter o som confinado a uma área específica.

Certas tecnologias de áudio, como alto -falantes paramétricos da matrizpode criar Vigas de som focadas apontado em uma direção específica. No entanto, essas tecnologias ainda emitirão som que é audível em todo o seu caminho, à medida que viaja pelo espaço.

A ciência dos enclaves audíveis

Encontramos uma nova maneira de enviar som para um ouvinte específico: através de feixes de ultrassom auto-dobre e um conceito chamado acústica não linear.

O ultrassom refere -se a ondas sonoras com frequências acima da faixa auditiva humana, ou acima de 20 kHz. Essas ondas viajam pelo ar como ondas sonoras normais, mas são inaudíveis para as pessoas. Como o ultrassom pode penetrar em muitos materiais e interagir com objetos de maneiras únicas, é amplamente usado para imagem médica e muitos Aplicações industriais.

Em nosso trabalho, usamos o ultrassom como transportadora para um som audível. Ele pode transportar o som pelo espaço silenciosamente – tornando -se audível apenas quando desejado. Como fizemos isso?

Normalmente, ondas sonoras Combine linearmenteo que significa que eles apenas proporcionam proporcionalmente uma onda maior. No entanto, quando as ondas sonoras são intensas o suficiente, elas podem interagir não linearmente, gerando novas frequências que não estavam presentes antes.

Essa é a chave da nossa técnica: usamos duas vigas de ultrassom em diferentes frequências que são completamente silenciosas por conta própria. Mas quando eles cruzar no espaçoefeitos não lineares fazem com que eles gerem uma nova onda sonora em uma frequência audível que seria ouvida apenas nessa região específica.

Fundamentalmente, projetamos vigas ultrassônicas que podem se dobrar por conta própria. Normalmente, as ondas sonoras viajam em linhas retas, a menos que algo as bloqueie ou reflita -as. No entanto, usando Metasurfaces acústicos – Materiais especializados que manipulam ondas sonoras – podemos moldar vigas de ultrassom para dobrar enquanto viajam. Semelhante à maneira como uma lente óptica dobra a luz, as metasurfaces acústicas mudam a forma do caminho das ondas sonoras. Ao controlar com precisão a fase das ondas de ultrassom, criamos Caminhos de som curvos Isso pode navegar em torno de obstáculos e se reunir em um local de destino específico.

O fenômeno -chave em jogo é o que é chamado Geração de frequência de diferença. Quando duas vigas ultrassônicas de frequências ligeiramente diferentes, como 40 kHz e 39,5 kHz, se sobrepõem, eles criam uma nova onda sonora na diferença entre suas frequências – neste caso 0,5 kHz, ou 500 Hz, que está bem dentro do alcance da audição humana. O som pode ser ouvido apenas onde as vigas cruzam. Fora desse cruzamento, as ondas de ultrassom permanecem em silêncio.

Isso significa que você pode entregar áudio a um local ou pessoa específica sem perturbar outras pessoas à medida que o som viaja.

Avançando o controle de som

A capacidade de criar enclaves de áudio tem muitos aplicativos em potencial.

Os enclaves de áudio podem permitir áudio personalizado em espaços públicos. Por exemplo, os museus poderiam fornecer diferentes guias de áudio aos visitantes sem fones de ouvido, e as bibliotecas podem permitir que os alunos estudassem com aulas de áudio sem perturbar os outros.

Em um carro, os passageiros podiam ouvir música sem distrair o motorista de ouvir as instruções de navegação. Escritórios e configurações militares também podem se beneficiar de zonas de fala localizadas para conversas confidenciais. Os enclaves de áudio também podem ser adaptados para cancelar o ruído em áreas designadas, criando zonas silenciosas para melhorar o foco nos locais de trabalho ou reduzir a poluição sonora nas cidades.

Isso não é algo que estará na prateleira no futuro imediato. Por exemplo, os desafios permanecem para a nossa tecnologia. A distorção não linear pode afetar a qualidade do som. E a eficiência de energia é outro problema-a conversão do ultrassom em som audível requer campos de alta intensidade que podem ser intensivos em energia para gerar.

Apesar desses obstáculos, os enclaves de áudio apresentam uma mudança fundamental no controle de som. Ao redefinir como o som interage com o espaço, abrimos novas possibilidades para experiências de áudio imersivas, eficientes e personalizadas.

Jiaxin ZhongPesquisador de pós -doutorado em acústica, Penn State e Yun JingProfessor de acústica, Penn State. Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o Artigo original.