เทคโนโลยีใหม่ที่น่าทึ่งสามารถ 'โค้งงอ' ลงในหูของคุณเท่านั้น

ถ้าคุณสามารถฟังเพลงหรือพอดคาสต์ที่ไม่มีหูฟังหรือหูฟังและไม่รบกวนใครรอบตัวคุณ? หรือมีการสนทนาส่วนตัวในที่สาธารณะโดยที่คนอื่นได้ยินคุณ?

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใหม่ของเราแนะนำวิธีการสร้างวงล้อมที่ได้ยินได้- ช่องเสียงที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่แยกได้จากสภาพแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่งเราได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถสร้างเสียงได้อย่างแน่นอน

ความสามารถในการส่งเสียงที่ได้ยินได้เฉพาะในสถานที่เฉพาะสามารถเปลี่ยนความบันเทิงการสื่อสารและประสบการณ์เสียงเชิงพื้นที่

เสียงคืออะไร?

เสียงคือการสั่นสะเทือนที่เดินทางผ่านอากาศเป็นคลื่น คลื่นเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปมาบีบอัดและคลายโมเลกุลอากาศ

ความถี่ของการสั่นสะเทือนเหล่านี้เป็นสิ่งที่กำหนดระดับเสียง ความถี่ต่ำสอดคล้องกับเสียงลึกเช่นกลองเบส ความถี่สูงสอดคล้องกับเสียงที่คมชัดเช่นนกหวีด

การควบคุมที่เสียงเป็นเรื่องยากเพราะปรากฏการณ์เรียกว่าการเลี้ยวเบน- แนวโน้มของคลื่นเสียงที่จะกระจายออกไปเมื่อพวกเขาเดินทาง เอฟเฟกต์นี้มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษสำหรับเสียงความถี่ต่ำเนื่องจากความยาวคลื่นที่ยาวนานขึ้นทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเก็บเสียงไว้ในพื้นที่เฉพาะ

เทคโนโลยีเสียงบางอย่างเช่นลำโพงอาร์เรย์พารามิเตอร์สามารถสร้างได้คานเสียงที่เน้นมุ่งไปในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีเหล่านี้จะยังคงเปล่งเสียงที่ได้ยินได้ตลอดเส้นทางขณะที่มันเดินทางผ่านอวกาศ

วิทยาศาสตร์ของวงล้อมเสียง

เราพบวิธีใหม่ในการส่งเสียงไปยังผู้ฟังที่เฉพาะเจาะจงหนึ่งคน: ผ่านคานอัลตร้าซาวด์ที่ดัดด้วยตนเองและแนวคิดที่เรียกว่าอะคูสติกไม่เชิงเส้น

อัลตร้าซาวด์หมายถึงคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่าช่วงการได้ยินของมนุษย์หรือสูงกว่า 20 kHz คลื่นเหล่านี้เดินทางผ่านอากาศเหมือนคลื่นเสียงปกติ แต่ไม่ได้ยินสำหรับผู้คน

เนื่องจากอัลตร้าซาวด์สามารถเจาะผ่านวัสดุจำนวนมากและโต้ตอบกับวัตถุในรูปแบบที่ไม่เหมือนใครจึงใช้กันอย่างแพร่หลายการถ่ายภาพทางการแพทย์และอีกมากมายแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม-

ในงานของเราเราใช้อัลตร้าซาวด์เป็นผู้ให้บริการสำหรับเสียงที่ได้ยิน มันสามารถขนส่งเสียงผ่านอวกาศอย่างเงียบ ๆ - กลายเป็นเสียงเมื่อต้องการเท่านั้น เราทำสิ่งนี้ได้อย่างไร?

โดยปกติคลื่นเสียงรวมเชิงเส้นหมายถึงพวกเขาเพียงแค่รวมกันเป็นคลื่นที่ใหญ่กว่า อย่างไรก็ตามเมื่อคลื่นเสียงรุนแรงพอพวกเขาสามารถโต้ตอบแบบไม่เชิงเส้นสร้างความถี่ใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อน

นี่คือกุญแจสำคัญในเทคนิคของเรา: เราใช้คานอัลตร้าซาวด์สองตัวที่ความถี่ต่าง ๆ ที่เงียบสนิทด้วยตัวเอง แต่เมื่อพวกเขาตัดกันในอวกาศเอฟเฟกต์ไม่เชิงเส้นทำให้พวกเขาสร้างคลื่นเสียงใหม่ที่ความถี่เสียงที่จะได้ยินเฉพาะในภูมิภาคที่เฉพาะเจาะจงนั้น

ที่สำคัญเราออกแบบคานอัลตราโซนิกที่สามารถโค้งงอด้วยตัวเอง โดยปกติคลื่นเสียงจะเดินทางเป็นเส้นตรงเว้นแต่มีบางสิ่งบางอย่างบล็อกหรือสะท้อนให้เห็น อย่างไรก็ตามโดยใช้อคูสติก- วัสดุพิเศษที่จัดการกับคลื่นเสียง - เราสามารถสร้างคานอัลตร้าซาวด์ให้โค้งงอเมื่อพวกเขาเดินทาง

เช่นเดียวกับวิธีที่เลนส์ออปติคัลโค้งแสงอคูสติก metasurfaces เปลี่ยนรูปร่างของเส้นทางของคลื่นเสียง โดยการควบคุมเฟสของคลื่นอัลตร้าซาวด์อย่างแม่นยำเราสร้างเส้นทางเสียงโค้งที่สามารถนำทางไปรอบ ๆ อุปสรรคและพบกันที่ตำแหน่งเป้าหมายเฉพาะ

ปรากฏการณ์สำคัญในการเล่นคือสิ่งที่เรียกว่าการสร้างความถี่ที่แตกต่างกัน- เมื่อคานอัลตราโซนิกสองลำที่มีความถี่ที่แตกต่างกันเล็กน้อยเช่น 40 kHz และ 39.5 kHz ทับซ้อนกันพวกเขาสร้างคลื่นเสียงใหม่ที่ความแตกต่างระหว่างความถี่ของพวกเขา - ในกรณีนี้ 0.5 kHz หรือ 500 Hz ซึ่งอยู่ในช่วงการได้ยินของมนุษย์

สามารถได้ยินเสียงเฉพาะที่คานข้าม ด้านนอกของสี่แยกนั้นคลื่นอัลตร้าซาวด์ยังคงเงียบ

ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถส่งเสียงไปยังสถานที่หรือบุคคลที่เฉพาะเจาะจงโดยไม่รบกวนคนอื่นเมื่อเสียงเดินทาง

การควบคุมเสียงที่ก้าวหน้า

ความสามารถในการสร้างชุดเสียงมีแอพพลิเคชั่นที่มีศักยภาพมากมาย

วงล้อมเสียงสามารถเปิดใช้งานเสียงส่วนบุคคลในพื้นที่สาธารณะ ตัวอย่างเช่นพิพิธภัณฑ์สามารถให้คำแนะนำด้านเสียงที่แตกต่างกันแก่ผู้เข้าชมโดยไม่มีหูฟังและห้องสมุดสามารถอนุญาตให้นักเรียนเรียนด้วยบทเรียนเสียงโดยไม่รบกวนผู้อื่น

ในรถยนต์ผู้โดยสารสามารถฟังเพลงได้โดยไม่ทำให้คนขับเบี่ยงเบนความสนใจจากคำแนะนำในการนำทาง สำนักงานและการตั้งค่าทางทหารอาจได้รับประโยชน์จากโซนคำพูดที่มีการแปลสำหรับการสนทนาที่เป็นความลับ

นอกจากนี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนเสียงรบกวนเพื่อยกเลิกเสียงรบกวนในพื้นที่ที่กำหนดสร้างโซนที่เงียบสงบเพื่อปรับปรุงการโฟกัสในสถานที่ทำงานหรือลดมลพิษทางเสียงในเมือง

นี่ไม่ใช่สิ่งที่จะอยู่บนหิ้งในอนาคตอันใกล้ ตัวอย่างเช่นความท้าทายยังคงอยู่สำหรับเทคโนโลยีของเรา การบิดเบือนแบบไม่เชิงเส้นอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพเสียง และประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นอีกปัญหาหนึ่ง-การแปลงอัลตร้าซาวด์เป็นเสียงที่ได้ยินต้องใช้สนามที่มีความเข้มสูงซึ่งสามารถใช้พลังงานอย่างเข้มข้นในการสร้าง

แม้จะมีอุปสรรคเหล่านี้ล้อมรอบเสียงก็มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการควบคุมเสียง ด้วยการนิยามใหม่ว่าเสียงมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นที่อย่างไรเราจึงเปิดโอกาสใหม่สำหรับประสบการณ์เสียงที่มีประสิทธิภาพและเป็นส่วนตัว

Jiaxin Zhong, นักวิจัยหลังปริญญาเอกใน Acoustics,รัฐเพนน์และหยุนจิงศาสตราจารย์ด้านอะคูสติกรัฐเพนน์

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ซ้ำจากบทสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-