Et si vous pouviez écouter de la musique ou un podcast sans écouteurs ni écouteurs et sans déranger personne autour de vous? Ou avez-vous une conversation privée en public sans que d’autres personnes vous entendent?
Nos recherches nouvellement publiées introduisent un moyen de créer Enclaves audibles – Poches de son localisées qui sont isolées de leur environnement. En d’autres termes, nous avons développé une technologie qui pourrait créer un son exactement là où il doit être.
La possibilité d’envoyer un son qui ne devient audible qu’à un endroit spécifique pourrait transformer le divertissement, la communication et les expériences audio spatiales.
Qu’est-ce que le son?
Le son est une vibration qui se déplace dans l’air comme une vague. Ces ondes sont créées lorsqu’un objet se déplace d’avant en arrière, compressant et décompressant les molécules d’air.
La fréquence de ces vibrations est ce qui détermine la hauteur. Les basses fréquences correspondent à des sons profonds, comme un tambour de basse; Les hautes fréquences correspondent à des sons tranchants, comme un coup de sifflet.
Contrôler où va le son est difficile à cause d’un phénomène appelé diffraction – La tendance des ondes sonores à se propager pendant leur voyage. Cet effet est particulièrement fort pour les sons à basse fréquence en raison de leurs longueurs d’onde plus longues, ce qui rend presque impossible de garder le son confiné dans une zone spécifique.
Certaines technologies audio, telles que haut-parleurs paramétriques du tableaupeut créer poutres sonores concentrés visé dans une direction spécifique. Cependant, ces technologies émettront toujours un son qui est audible sur tout son chemin alors qu’il traverse l’espace.
La science des enclaves audibles
Nous avons trouvé une nouvelle façon d’envoyer le son à un auditeur spécifique: à travers des faisceaux échographiques auto-pliés et un concept appelé acoustique non linéaire.
L’échographie fait référence aux ondes sonores avec des fréquences supérieures à la plage d’audition humaine, ou au-dessus de 20 kHz. Ces vagues voyagent dans l’air comme des ondes sonores normales mais sont inaudibles pour les gens. Parce que l’échographie peut pénétrer à travers de nombreux matériaux et interagir avec des objets de manière unique, il est largement utilisé pour imagerie médicale et beaucoup applications industrielles.
Dans notre travail, nous avons utilisé l’échographie comme transporteur de son audible. Il peut transporter le son dans l’espace en silence – devenant audible uniquement lorsque vous le souhaitez. Comment avons-nous fait cela?
Normalement, les ondes sonores combiner linéairementce qui signifie qu’ils s’ajoutent proportionnellement en une plus grande vague. Cependant, lorsque les ondes sonores sont suffisamment intenses, elles peuvent interagir de manière non linéaire, générant de nouvelles fréquences qui n’étaient pas présentes auparavant.
C’est la clé de notre technique: nous utilisons deux faisceaux d’échographie à différentes fréquences qui sont complètement silencieuses par elles-mêmes. Mais quand ils se croiser dans l’espaceles effets non linéaires les amènent à générer une nouvelle onde sonore à une fréquence audible qui ne serait entendue que dans cette région spécifique.
Surtout, nous avons conçu des faisceaux ultrasoniques qui peuvent se plier seuls. Normalement, les ondes sonores voyagent en ligne droites à moins que quelque chose ne les bloque ou ne les reflète. Cependant, en utilisant métasurfaces acoustiques – Matériaux spécialisés qui manipulent les ondes sonores – nous pouvons façonner les poutres échographiques à se plier au fur et à mesure de leur voyage. Semblable à la façon dont une lentille optique se plie la lumière, les métasurfaces acoustiques modifient la forme du chemin des ondes sonores. En contrôlant précisément la phase des ondes échographiques, nous créons Chemins sonores incurvés Cela peut naviguer autour des obstacles et se rencontrer à un emplacement cible spécifique.
Le phénomène clé en jeu est ce qu’on appelle Génération de fréquences de différence. Lorsque deux faisceaux ultrasoniques de fréquences légèrement différentes, telles que 40 kHz et 39,5 kHz, se chevauchent, ils créent une nouvelle vague sonore à la différence entre leurs fréquences – dans ce cas 0,5 kHz, ou 500 Hz, ce qui est bien dans la plage d’audition humaine. Le son ne peut être entendu que là où les poutres se croisent. En dehors de cette intersection, les vagues échographiques restent silencieuses.
Cela signifie que vous pouvez livrer l’audio à un emplacement ou à une personne spécifique sans déranger les autres au fur et à mesure que le son se déplace.
Advance Contrôle du son
La possibilité de créer des enclaves audio a de nombreuses applications potentielles.
Les enclaves audio pourraient permettre un son personnalisé dans les espaces publics. Par exemple, les musées pourraient fournir différents guides audio aux visiteurs sans casque, et les bibliothèques pourraient permettre aux étudiants d’étudier avec des cours audio sans déranger les autres.
Dans une voiture, les passagers pourraient écouter de la musique sans distraire le conducteur des instructions de navigation entendant. Les bureaux et les militaires pourraient également bénéficier de zones de discours localisées pour des conversations confidentielles. Les enclaves audio pourraient également être adaptées pour annuler le bruit dans les zones désignées, créant des zones calmes pour améliorer la mise au point des lieux de travail ou réduire la pollution sonore dans les villes.
Ce n’est pas quelque chose qui va être sur l’étagère dans un avenir immédiat. Par exemple, des défis restent pour notre technologie. La distorsion non linéaire peut affecter la qualité sonore. Et l’efficacité énergétique est un autre problème – la conversion de l’échographie en son audible nécessite des champs de haute intensité qui peuvent être à forte intensité énergétique pour générer.
Malgré ces obstacles, les enclaves audio présentent un changement fondamental dans le contrôle du son. En redéfinissant comment le son interagit avec l’espace, nous ouvrons de nouvelles possibilités d’expériences audio immersives, efficaces et personnalisées.
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