Наушники 2.0: невидимые аудиозоны превращают шум в тишину

Возможность слушать подкасты или музыку без наушников, не беспокоя окружающих, может стать реальностью благодаря новому прорыву в акустической инженерии. Команда ученых Пенсильванского государственного университета разработала технологию создания локализованных звуковых зон под названием «аудиоанклавы».

В такой зоне человек слышит звук, а стоящие рядом люди – не слышат. Специалисты описали, как можно добиться такого эффекта с помощью двух нелинейных ультразвуковых лучей, пересекающихся в определенной точке.

Для создания звуковых зон исследователи использовали два ультразвуковых излучателя, работающих в паре с акустической метаповерхностью. Излучатели испускают самопреломляющиеся ультразвуковые лучи, которые пересекаются в заданной точке. Именно на пересечении и возникает слышимый звук, а за пределами пересечения звук остается неслышимым. Такой метод позволяет формировать индивидуальные аудиозоны, обеспечивающие приватное прослушивание.

Напечатанные на 3D-принтере метаповерхности представляют собой акустические линзы с микроструктурами размером в миллиметры или даже доли миллиметра, способные изменять направление звуковых волн.

Схема рабочей установки (Heyonu Heo/Penn State)

Принцип работы аудиоанклавов основан на нелинейном взаимодействии двух ультразвуковых лучей. Каждый из них сам по себе остается неслышимым, но в точке пересечения возникает звуковой сигнал. При этом ультразвуковые волны способны обходить препятствия, например, голову человека, и достигать нужной точки без потерь.

Эффективность технологии была подтверждена экспериментами с антропоморфным манекеном, оборудованным микрофонами в области ушей. Замеры показали, что звук действительно появляется только в месте пересечения лучей, формируя изолированную звуковую зону.

Эксперимент с манекеном (Poornima Tomy/Penn State)

Система успешно прошла испытания в обычной комнате с естественными акустическими отражениями, что говорит о перспективности применения в самых разных условиях — от школьных классов и автомобилей до открытых пространств. Исследователи называют технологию «виртуальной гарнитурой», позволяющей пользователю слышать звук, предназначенный только для него, без помех для окружающих.

На данный момент технология позволяет передавать звук на расстояние около метра от источника, а громкость составляет около 60 децибел — сравнимо с уровнем обычной речи. Однако ученые полагают, что увеличение интенсивности ультразвуковых волн позволит расширить радиус действия и повысить громкость.