A kulcs az ultrahangos frekvenciák kereszteződése, hogy hallható hangot kapjon
A vérző él: Képzelje el, hogy zenét vagy podcastot hallgat, fejhallgató nélkül, miközben nem zavarja meg másokat, vagy magánbeszélgetést folytasson zsúfolt helyen azzal a bizonyossággal, hogy csak a tervezett hallgató hallja a hangját. A tudósok kifejlesztettek egy új technológiát, melynek neve „audio enklávek”, amely ezt valósággá teheti azáltal, hogy a környezetükből elkülönített lokalizált hangzsebeket hoz létre.
A hang irányítása egy adott helyre nehéz, mivel a hanghullámok hogyan viselkednek. Ahogy a rezgések mozognak a levegőben, szétszóródnak, különösen alacsonyabb frekvenciákon. Ez a diffrakciónak nevezett hatás megnehezíti az audio egy területen való tartását, különösen a basszusgitáros hangon. A hangfrekvenciák elkülönítése még nagyobb kihívást jelent.
A speciális berendezések, mint például a paraméteres tömb hangszórók, a hang rezgéseit egy fókuszált gerenda egy adott pontjába irányíthatják. A gerenda útján lévők azonban továbbra is hallják a sebességváltót. A hang csak a célzott helyre történő korlátozása továbbra is lehetetlen a jelenlegi technológia használatával.
A teljes hangszigetelés elérése érdekében a Pennsylvaniai Egyetem és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium kutatói ultrahangot és nemlineáris akusztikát használtak a „kanyar” hanghullámokhoz, hogy csak egy adott helyen előforduló hallható rezgéseket hozzanak létre.
20 kHz -en vagy annál magasabb szinten az ultrahang hallható az emberek számára. A legtöbb ember ismeri az orvosi képalkotásban való használatát. Ugyanakkor azonos módon viselkedik a hallható hanghullámokkal. Ezért hajlamos ugyanazon alapelvekre és a hullám manipulációra, mint hallható hangra. A kutatók kihasználták ezeket a tulajdonságokat, hogy áttörést hozzanak létre, amelyet „audio enkláveknek” neveztek, amely ultrahangot használ hordozóként alacsonyabb frekvenciákhoz. Mivel az ultrahang „csendesen” halad, a hallható hangokat egy helyre szállíthatja anélkül, hogy bárki meghallotta volna, kivéve a célhelyen.
A kutatók két ultrahangos gerendát használtak kissé eltérő frekvenciákon. Amikor a gerendák keresztezik, a különbség -frekvenciatermelésnek nevezett jelenség bekövetkezik, és hallható hangot hoz létre.
„Ha két kissé eltérő frekvenciájú ultrahangos gerenda, például 40 kHz és 39,5 kHz, átfedésben van, új hanghullámot hoznak létre a frekvenciájuk közötti különbségnél – ebben az esetben 0,5 kHz vagy 500 Hz, ami jóval az emberi hallási tartományon belül van” – írta a tanulmány szerzői. „A hang csak akkor hallható, ha a gerendák keresztezik. Ezen a kereszteződésen kívül az ultrahanghullámok csendben maradnak.”
A kutatás másik kulcsfontosságú innovációja az ultrahangos gerendák önellátása. Az akusztikus metasurfákok felhasználásával a kutatók szabályozhatják az ultrahangos rezgések útját, hatékonyan ívelhetik a gerendákat az akadályok körül, és lehetővé teszik számukra, hogy egy adott ponton keresztezzenek.
„Lényeges, hogy ultrahangos gerendákat terveztünk, amelyek önmagukban meghajolhatnak. Általában a hanghullámok egyenes vonalakban haladnak, hacsak nem blokkolnak vagy tükrözik őket. Az akusztikus metasurfák használatával azonban a hanghullámok manipulálására szolgáló speciális anyagok – az ultrahangos gerendák meghajlásához hasonlóak, mint az Optical Lencsét, az Optical Lencsét, az AKOZÁSI KOCKÁZATOK VÁLTOZÁSA A PATHASHORS ASHOW ASHOW -t, ahogyan az OPTICAL. Az ultrahanghullámok fázisa, ívelt hangos útvonalakat hozunk létre, amelyek az akadályokon navigálhatnak és egy adott célhelyen találkozhatnak. „
A kutatók szerint az audio -enklávok széles körű alkalmazásokkal rendelkeznek. A legnyilvánvalóbb a fejhallgató szükségességének kiküszöbölése sok helyzetben. Például a múzeumok személyre szabott audio útmutatókat kínálhatnak, amelyek az egyes felhasználókat követik. Az autós utasok hallgathattak zenét anélkül, hogy beavatkoznának a sofőr navigációs utasításaiba. Ezenkívül a vállalati és katonai környezetet is biztosíthatja a biztonságos kommunikáció alternatív eszközeinek.
A szerzők elismerik, hogy potenciálja ellenére a technológia továbbra is nagyon új, és számos kihívást kell leküzdenie, mielőtt a kereskedelmi szempontból életképes lenne. A nemlineáris torzítás befolyásolhatja a hangminőséget, és az audio-enklávákhoz szükséges nagy intenzitású ultrahangmezők előállítása energiaigényes lehet. A kutatók ezen a területen dolgoznak, hogy a technológiát hatékonyabbá és praktikusabbá tegyék a valós használatra.
Képhitel: Jiaxin Zhong et al.