如果您可以聽音樂或沒有耳機或耳塞的播客，而又不會打擾您周圍的任何人怎麼辦？還是在沒有其他人聽到您的情況下在公共場合進行私人對話？
我們新發表的研究介紹了一種創建方式可聽見的飛地- 與周圍環境隔離的局部聲音。換句話說，我們已經開發了一種技術，可以準確地創造出所需的聲音。
只能在特定位置發出聲音的聲音的能力可以改變娛樂，溝通和空間音頻體驗。
什麼是聲音？
聲音是振動這是一波浪潮。當物體來回移動，壓縮和解壓縮空氣分子時，會產生這些波。
這些振動的頻率是決定音高的原因。低頻對應於深層的聲音，就像低音鼓。高頻對應於尖銳的聲音，就像哨聲一樣。
由於現象而難以控制聲音的運轉很難稱為衍射- 聲波在旅行時散佈的趨勢。由於其較長的波長，這種效果對於低頻聲音特別強，因此幾乎不可能將聲音局限於特定區域。
某些音頻技術，例如參數陣列揚聲器，可以創建聚焦的聲梁針對特定方向。但是，這些技術仍然會發出聲音，這些聲音在其穿過太空時沿著整個路徑可聽見。
可聽見的飛地科學
我們找到了一種新的方式，將聲音發送給一個特定的聽眾：通過自彎曲的超聲樑和一個稱為非線性聲學的概念。
超聲波是指高於人類聽力範圍或20 kHz的頻率的聲波。這些海浪像普通的聲波一樣在空中傳播，但人們聽不到。
因為超聲可以通過許多材料穿透並以獨特的方式與物體交互，所以它被廣泛用於醫學成像還有很多工業應用。
在我們的工作中，我們將Ultrasound用作可聽見聲音的載體。它可以無聲地通過空間傳輸聲音 - 只有在需要時才能聽到聲音。我們是怎麼做到的？
通常，聲波結合線性，這意味著它們只是比例地加起來了更大的浪潮。但是，當聲波足夠強烈時，它們可以非線性相互作用，從而產生以前不存在的新頻率。
這是我們技術的關鍵：我們以不同的頻率使用兩個超聲梁，這些超聲梁完全沉默。但是當他們在太空中相交，非線性效應會導致它們以可聽見的頻率產生新的聲波，該聲波僅在該特定區域才能聽到。
至關重要的是，我們設計了可以自行彎曲的超聲梁。通常，除非某些東西阻止或反映它們，否則聲波以直線傳播。但是，使用聲學元時間- 操縱聲波的專業材料 - 我們可以在行進時塑造超聲梁以彎曲。
與光學鏡頭彎曲光的方式相似，聲學元面更改聲波路徑的形狀。通過精確控制超聲波的階段，我們創建彎曲的聲音路徑可以在障礙物周圍導航並在特定目標位置開會。
在起作用的關鍵現像是所謂的差異頻率產生。當兩個頻率略有不同的超聲梁（例如40 kHz和39.5 kHz）重疊時，它們會在其頻率之間的差異（在這種情況下為0.5 kHz或500 Hz）創建新的聲波，這很好地屬於人類聽力範圍。
只能在橫梁交叉的地方才能聽到聲音。在該十字路口之外，超聲波保持沉默。
這意味著您可以將音頻傳遞到特定的位置或人，而不會打擾其他人作為聲音傳播。
推進聲音控制
創建音頻飛地的能力具有許多潛在的應用程序。
音頻飛地可以在公共場所啟用個性化音頻。例如，博物館可以為無耳機的訪客提供不同的音頻指南，並且圖書館可以讓學生在不打擾他人的情況下學習音頻課。
在汽車中，乘客可以聽音樂而不會分散駕駛員的注意力。辦公室和軍事環境也可以從本地化的演講區中受益，以進行機密對話。
音頻飛地也可以適應指定區域中的噪音，創建安靜區域以改善工作場所的注意力或減少城市的噪聲污染。
在不久的將來，這並不是要在架子上的東西。例如，我們的技術仍然存在挑戰。非線性失真會影響聲音質量。功率效率是另一個問題 - 將超聲轉換為可聽見的聲音需要高強度的領域，而這些字段可能會產生能源密集型。
儘管有這些障礙，但音頻飛地還是聲音控制的根本轉變。通過重新定義聲音與空間的互動方式，我們為沈浸式，高效和個性化的音頻體驗打開了新的可能性。
Jiaxin Zhong，聲學博士研究員，賓夕法尼亞州立大學和Yun Jing，聲學教授，賓夕法尼亞州立大學
