Dengan menggabungkan USG dengan konsep yang disebut akustik nonlinier, dimungkinkan untuk membuat suara yang tetap diam di telinga manusia sampai mencapai lokasi tertentu.
Bagaimana jika Anda bisa mendengarkan musik atau podcast tanpa headphone dan tanpa mengganggu siapa pun di sekitar Anda? Atau memiliki percakapan pribadi di depan umum tanpa orang lain untuk mendengarnya?
Penelitian kami yang baru diterbitkan menyajikan cara untuk membuat kantong audio – kantong suara terlokalisasi yang diisolasi dari seluruh lingkungan. Dengan kata lain, kami mengembangkan teknologi yang menciptakan suara persis di tempat yang seharusnya.
Kemampuan untuk mengirim suara yang menjadi terdengar hanya di lokasi tertentu dapat mengubah pengalaman hiburan, komunikasi, dan audio ruang.
APA ITU SUARA?
Suara adalah getaran yang bergerak melalui udara seperti gelombang. Gelombang ini dibuat ketika suatu objek bergerak bolak -balik, mengompresi dan mendekompresi molekul udara.
Frekuensi getaran ini adalah apa yang menentukan nada. Frekuensi rendah sesuai dengan suara parah seperti drum bass; Frekuensi tinggi sesuai dengan suara akut sebagai peluit.
Suara ini terdiri dari partikel yang bergerak dalam gelombang kontinu.Daniel A. Russell, CC BY-NC-ND
Sulit untuk mengontrol ke mana suara pergi karena fenomena yang disebut difraksi – tren gelombang suara menyebar saat mereka bepergian. Efek ini sangat kuat untuk suara frekuensi rendah karena panjang gelombangnya yang lebih panjang, sehingga hampir tidak mungkin untuk menjaga suara tetap terbatas pada area tertentu.
Teknologi audio tertentu, seperti speaker matriks parametrik, dapat membuat balok suara terfokus yang diarahkan ke arah tertentu. Namun, teknologi ini masih memancarkan suara yang terdengar sepanjang jalan saat bepergian melalui ruang.
Ilmu Kakel Audio
Kami menemukan cara baru untuk mengirim suara ke pendengar tertentu: melalui balok ultrasound yang diperfleksikan sendiri dan konsep yang disebut akustik nonlinier.
USG mengacu pada gelombang suara dengan frekuensi di atas rentang pendengaran manusia, yaitu di atas 20 kHz. Gelombang ini menempuh udara sebagai gelombang suara normal, tetapi tidak terdengar bagi orang -orang. Karena USG dapat menembus banyak bahan dan berinteraksi dengan objek dengan cara yang unik, itu banyak digunakan untuk gambar medis dan banyak aplikasi industri.
Dalam pekerjaan kami, kami menggunakan USG sebagai pembawa suara yang terdengar. Ini dapat mengangkut suara melalui ruang secara diam -diam, menjadi terdengar hanya jika diinginkan. Bagaimana kami melakukannya?
Biasanya, gelombang suara bergabung secara linier, yang berarti mereka menambahkan gelombang yang lebih besar secara proporsional. Namun, ketika gelombang suara cukup intens, mereka dapat berinteraksi secara nonlinier, menghasilkan frekuensi baru yang tidak ada sebelumnya.
Ini adalah rahasia teknik kami: kami menggunakan dua balok USG pada frekuensi berbeda yang benar -benar diam sendiri. Tetapi ketika mereka berpotongan di luar angkasa, efek nonlinier menyebabkan mereka menghasilkan gelombang suara baru pada frekuensi yang terdengar yang hanya akan didengar di wilayah tertentu.
Kantung audio dibuat di persimpangan dua balok ultrasound.Jaaxin Zhong et al./pnas, ccc-nc-nd
Yang terpenting, kami memproyeksikan balok ultrasonik yang dapat menekuk sendiri. Biasanya, gelombang suara berjalan di garis lurus kecuali ada sesuatu yang memblokir atau mencerminkannya. Namun, menggunakan metassur akustik, bahan khusus yang memanipulasi gelombang suara, kita dapat membentuk balok ultrasonik sehingga mereka dapat bepergian saat mereka bepergian. Sama seperti lampu lipat lensa optik, metassuperphone akustik mengubah bentuk jalur gelombang suara. Dengan tepat mengendalikan fase gelombang ultrasonik, kami membuat jalur suara melengkung yang dapat mengatasi hambatan dan bertemu di tempat tertentu.
Fenomena utama yang dipertaruhkan adalah apa yang kita sebut generasi perbedaan frekuensi. Ketika dua balok ultrasonik dari frekuensi yang sedikit berbeda, seperti 40 kHz dan 39,5 kHz, tumpang tindih, mereka membuat gelombang suara baru dalam perbedaan antara frekuensi mereka – dalam hal ini, 0,5 kHz, atau 500 Hz, yang tepat dalam rentang pendengaran manusia. Suara hanya dapat didengar di mana bundel berpotongan. Di luar persimpangan ini, gelombang ultrasound tetap diam.
Ini berarti bahwa Anda dapat memberikan audio ke lokasi atau orang tertentu tanpa mengganggu orang lain selama jalur suara.
Kemajuan dalam kontrol suara
Kemampuan untuk membuat kantong audio memiliki banyak aplikasi potensial.
Kantung audio dapat memungkinkan audio yang dipersonalisasi di ruang publik. Misalnya, museum dapat memberikan panduan audio yang berbeda untuk pengunjung tanpa headphone, dan perpustakaan dapat memungkinkan siswa untuk belajar dengan kelas audio tanpa mengganggu orang lain.
Di dalam mobil, penumpang dapat mendengarkan musik tanpa mengalihkan perhatian pengemudi dari mendengarkan instruksi navigasi. Kantor dan lingkungan militer juga dapat memperoleh manfaat dari zona bicara yang berlokasi untuk percakapan rahasia. Kantung audio juga dapat disesuaikan untuk membatalkan kebisingan di area yang ditentukan, menciptakan zona keheningan untuk meningkatkan konsentrasi di tempat kerja atau mengurangi polusi suara di kota -kota.
Suara yang hanya bisa Anda dengar.Daly dan Newton/The Image Bank via Getty Images
Ini bukan sesuatu yang akan ada di rak toko dalam waktu dekat. Misalnya, masih ada tantangan untuk teknologi kami. Distorsi non -linier dapat mempengaruhi kualitas suara. Dan efisiensi energi adalah masalah lain – konversi ultrasound yang dapat didengar membutuhkan bidang intensitas tinggi yang dapat mengkonsumsi banyak energi untuk dihasilkan.
Terlepas dari hambatan ini, kantong audio memiliki perubahan mendasar dalam kontrol suara. Dengan mendefinisikan kembali bagaimana suara berinteraksi dengan ruang, kami membuka kemungkinan baru untuk pengalaman audio yang mendalam, efisien dan dipersonalisasi.
Yun Jing menerima pembiayaan dari NSF.
Jiaxin Zhong tidak berkonsultasi, bekerja, memiliki tindakan atau menerima pembiayaan dari perusahaan atau organisasi mana pun yang dapat mengambil manfaat dari publikasi artikel ini dan belum mengungkapkan ikatan yang relevan di luar posisi akademiknya.
