Furnizarea de conținut audio unui ascultător vizat fără a deranja pe alții este esențială în ingineria audio. Cercetarea recent publicată a unei echipe de cercetători de la Universitatea Penn State, și preluată și de The Conversation, introduce o modalitate de a crea enclave audibile – buzunare localizate de sunet care sunt izolate de împrejurimile lor. Cu alte cuvinte, au dezvoltat o tehnologie care ar putea crea sunet exact acolo unde trebuie.
Abilitatea de a trimite sunet care devine audibil doar într-o anumită locație ar putea transforma divertismentul, comunicarea și experiențele audio spațiale. Va fi posibil să aveți o conversație privată în public fără ca alte persoane să vă audă și să ascultați muzică sau un podcast fără căști și fără a deranja pe nimeni din jurul vostru.
Sunetul este o vibrație care călătorește prin aer ca o undă. Aceste unde sunt create atunci când un obiect se mișcă înainte și înapoi, comprimând și decomprimând moleculele de aer. Frecvența acestor vibrații este cea care determină pasul sau modularea acestora. Frecvențele joase corespund sunetelor profunde, ca o tobă de bas; frecvențele înalte corespund unor sunete ascuțite, ca un fluier.
Controlul zonei unde merge sunetul este dificil de realizat din cauza unui fenomen numit difracție – tendința undelor sonore de a se extinde pe măsură ce călătoresc. Acest efect este deosebit de puternic pentru sunetele de joasă frecvență din cauza lungimilor de undă mai mari, ceea ce face aproape imposibilă menținerea sunetului limitat la o anumită zonă.
Cercetătorii au găsit o nouă modalitate de a trimite sunetul unui anumit ascultător: prin intermediul fasciculelor ultrasunete care se îndoaie automat și printr-un concept numit acustică neliniară.
Ultrasunetele se referă la undele sonore cu frecvențe peste intervalul de auz uman sau peste 20 kHz. Aceste unde se deplasează prin aer ca undele sonore normale, dar sunt inaudibile pentru oameni. Aici, cercetătorii au folosit ultrasunetele ca purtător pentru sunetul audibil. Poate transporta sunetul prin spațiu în tăcere – devenind audibil doar atunci când se dorește.
În mod normal, undele sonore se combină liniar, ceea ce înseamnă că se adună proporțional într-un val mai mare. Cu toate acestea, atunci când undele sonore sunt suficient de intense, ele pot interacționa neliniar, generând noi frecvențe care nu erau prezente înainte. În acest caz cercetătorii au folosit două fascicule de ultrasunete la frecvențe diferite, care sunt complet silențioase pentru om, dar atunci când se intersectează în spațiu, efectele neliniare le fac să genereze o nouă undă sonoră la o frecvență audibilă care ar fi auzită doar în acea regiune specifică.
Pentru a testa sistemul, echipa a folosit un cap și un trunchi uman simulate, echipate cu microfoane în urechi pentru a imita auzul uman. Un al treilea microfon a scanat zona înconjurătoare pentru a confirma că sunetul era auzit doar la punctul de intersecție.
„Am creat, în esență, un set de căști virtuale”, a spus Jia-Xin „Jay” Zhong, primul autor al studiului și un cercetător postdoctoral în acustică la Penn State. „Cineva dintr-o enclavă audibilă poate auzi ceva destinat doar pentru ei – permițând zonele de sunet și liniște.”
Sistemul a fost testat într-o varietate de medii, inclusiv în camere cu reverberații normale, ceea ce sugerează că ar putea funcționa în setări reale, cum ar fi săli de clasă, vehicule sau chiar spații exterioare.
Deocamdată, tehnologia poate transmite sunetul la aproximativ un metru de sursă la un volum de aproximativ 60 de decibeli – aproximativ nivelul unei conversații normale.
Cercetătorii cred că pot crește atât distanța, cât și volumul prin creșterea intensității fasciculelor de ultrasunete. Acest lucru ar putea deschide calea pentru aplicații dincolo de ascultarea personală.
Imaginați-vă că vizitați un muzeu de artă. Când vă apropiați de un tablou, puteți auzi un ghid audio redând în fundal fără a fi nevoie să purtați căști. Faceți un pas înapoi și audio dispare. Ceva similar ar putea fi util în anunțuri private în spații publice sau chiar experiențe de joc imersive.
Această cercetare se bazează pe zeci de ani de muncă în tehnologia acustică și cu ultrasunete. Încercările anterioare de a crea sisteme de sunet direcționale se bazau adesea pe rețele complexe de difuzoare. Abordarea echipei Penn State, folosind metasuprafețele pentru a curba sunetul, oferă o soluție mai flexibilă și mai precisă. Configurația este totuși extrem de greoaie, așa că nu este clar cum ar putea fi miniaturizat așa ceva pentru aplicațiile mobile. Dar niciunul dintre scenarii nu este exclus.
Acesta nu este ceva ce va fi pe raft în viitorul imediat. Rămân provocări pentru aceasta tehnologie, cum ar fi distorsiunea neliniară care poate afecta calitatea sunetului. Iar eficiența energetică este o altă problemă, convertirea ultrasunetelor în sunet audibil necesită câmpuri de mare intensitate care pot fi generate cu consum mare energie.
În ciuda acestor obstacole, enclavele audio reprezintă o schimbare fundamentală în controlul sunetului. Prin redefinirea modului în care sunetul interacționează cu spațiul, se deschid noi posibilități pentru experiențe audio captivante, eficiente și personalizate.
