¿Qué pasaría si pudieras escuchar música o podcast sin auriculares o oídos y sin molestar a nadie a tu alrededor? ¿O tienes una conversación privada en público sin ningún otro oído?
Nuestra investigación recientemente publicada presenta una forma de crear enclaves de sonido: bolsillos de sonido localizados que se aislen de su entorno. En otras palabras, hemos desarrollado tecnología que podría crear un sonido exactamente donde debería estar.
La capacidad de enviar un sonido que se convierte solo en una ubicación particular podría transformar experiencias divertidas, de comunicación y audio espacial.
¿Cuál es el sonido?
El sonido es una vibración que viaja a través del aire como una ola. Estas ondas se crean cuando el sujeto avanza hacia adelante y hacia atrás, la compresión y la descompresión de las moléculas de aire.
La frecuencia de estas vibraciones es lo que determina el terreno. Las bajas frecuencias corresponden a sonidos profundos, como el bajo; Las altas frecuencias corresponden a sonidos agudos, como el silbato.
El sonido está compuesto de partículas que se mueven en una onda continua. Daniel A. Russell, CC BI-NC-ND
Controlar donde el sonido es difícil debido a un fenómeno llamado difracción, una tendencia a las ondas de sonido para propagarse mientras viajan. Este efecto es especialmente fuerte para los sonidos de baja frecuencia debido a sus longitudes de onda más largas, lo que hace que sea casi imposible sonar un sonido limitado a un área específica.
Ciertas tecnologías de audio, como las matrices de altavoces paramétricos, pueden crear vigas de sonido enfocadas dirigidas a una dirección específica. Sin embargo, estas tecnologías continuarán transmitiendo el sonido que suena en todo el camino mientras viaja por el espacio.
Ciencia de los enclaves de sonido
Encontramos una nueva forma de enviar un sonido a un oyente específico: a través de la autovenida de vigas y conceptos ultrasónicos llamados acústicos no lineales.
La ecografía se refiere a ondas de sonido con frecuencias por encima del rango de audición auditiva, o más de 20 kHz. Estas olas viajan por el aire como ondas de sonido normales, pero guardan silencio hacia las personas. Dado que el ultrasonido puede penetrar a través de muchos materiales y comunicarse con las instalaciones de maneras únicas, ampliamente utilizadas para imágenes médicas y muchas aplicaciones industriales.
En nuestro trabajo, utilizamos ultrasonido como portador de sonido de sonido. Puede transportar el sonido a través del universo que es silencioso: se vuelve sonido solo cuando es deseable. ¿Cómo hicimos eso?
Por lo general, las ondas de sonido se combinan actualmente, lo que significa que son solo proporcionales a una onda más alta. Sin embargo, cuando las ondas de sonido son lo suficientemente intensas, pueden comunicarse no linealmente, generando nuevas frecuencias que no estaban presentes anteriormente.
Esta es la clave de nuestra técnica: usamos dos vigas de ultrasonido a diferentes frecuencias que no quieren por completo. Pero cuando se cruzan en el espacio, los efectos no lineales hacen que generar una nueva onda de sonido en una frecuencia de sonido que se escuche solo en esa región en particular.
Se crearon enclaves de sonido en la intersección de dos vigas de ultrasonido. Jiakin Zhong et al. / PNAS, CC BI-NC-ND
KNOSNO, diseñamos vigas de ultrasonido que se pueden plegar de forma independiente. Por lo general, las ondas de sonido viajan en líneas rectas a menos que algo los bloquee o los refleje. Sin embargo, utilizando metasurfaces acústicas, materiales especializados que manipulan las ondas de sonido, podemos dar forma a los rayos de ultrasonido para doblarse mientras viajan. Similar a la luz de la lente óptica, los metasurfatos acústicos cambian la forma de las ondas de sonido. Controlan con precisión la fase de las ondas ultrasónicas, creamos senderos de sonido curvos que pueden moverse alrededor de los obstáculos y reunirnos en una ubicación objetivo específica.
El fenómeno clave en el juego es lo que se llama la diferencia entre las frecuencias de frecuencia. Cuando dos vigas de ultrasonido de algunas frecuencias diferentes, como 40 kHz y 39.5 kHz, se superponen, crean una nueva onda de sonido en la diferencia entre sus frecuencias, en este caso 0.5 kHz o 500 Hz, lo cual es bueno en el rango de audición. El sonido se puede escuchar solo donde se violan las vigas. Fuera de esa sección transversal, las ondas ultrasónicas están en silencio.
Esto significa que puede entregar sonido a una ubicación o persona específica sin molestar a otras personas, así como a los viajes de sonido.
Mejora del control de sonido
La capacidad de crear enclaves de audio tiene muchas aplicaciones potenciales.
Los enclaves de audio pueden habilitar el sonido personalizado en espacios públicos. Por ejemplo, los museos podrían proporcionar varias guías de audio a los visitantes sin auriculares, y las bibliotecas podrían permitir a los estudiantes estudiar con lecciones de audio sin alterar a otros.
En el automóvil, los pasajeros podían escuchar música sin distracciones de conductores de las instrucciones de navegación auditiva. Las oficinas y los entornos militares también pueden beneficiarse de las zonas de habla localizadas para entrevistas confidenciales. Los enclaves de audio también se pueden ajustar a la cancelación de ruido en ciertas áreas, creando zonas pacíficas para mejorar el enfoque en los lugares de trabajo o reducir la contaminación acústica en las ciudades.
Sound solo tú puedes escuchar. Dali y Newton / Image Bank a través de Getty Images
No es algo que estará en los estantes en el futuro inmediato. Por ejemplo, quedan desafíos para nuestra tecnología. La distorsión no lineal puede afectar la calidad del sonido. Y la eficiencia energética es otra pregunta: convertir ultrasonido al sonido del sonido requiere una gran intensidad que pueda generarse de manera intensiva.
A pesar de estos obstáculos, los enclaves de audio representan un cambio básico en el control de sonido. Al redefinir cómo el sonido de la interacción con el espacio, abrimos nuevas oportunidades para experiencias de audio uniformes, eficientes y personalizadas.
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