Представьте, что вы можете слушать свою любимую песню или подкаст, не беспокоя никого поблизости, даже не надевая наушников. Над этим работала команда Пенсильванского государственного университета. Под руководством профессора акустики Юн Цзина они придумали хитроумный способ создания невидимых звуковых зон, называемых «слышимыми анклавами», где звук можно услышать только в одном точном месте.
Они используют ультразвук, который обычно не слышен людям, наряду с так называемыми акустическими метаповерхностями — крошечными линзами, которые могут искажать звук в определенных направлениях. Комбинируя два ультразвуковых луча, которые движутся по изогнутым траекториям и встречаются в одной точке, они способны сделать звук слышимым лишь на этом пересечении.
Как объяснил Цзин: «человек, стоящий в этой точке, может слышать звук, в то время как любой, кто стоит поблизости, не услышит. Это создает барьер конфиденциальности между людьми для частного прослушивания».
Для этого система включает в себя два ультразвуковых динамика и метаповерхностные линзы, которые были напечатаны на 3D-принтере Xiaoxing Xia из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора. Каждый луч имеет немного разную частоту, и когда они встречаются, локальная реакция делает звук слышимым. Ни один из лучей не является громким сам по себе — звук формируется только в этой общей точке.
Цзя-Синь «Джей» Чжун, один из исследователей поделился тем, как они тестировали эту идею: «мы использовали имитацию головы и туловища манекена с микрофонами в ушах, чтобы имитировать то, что слышит человек в точках вдоль траектории ультразвукового луча, а также третий микрофон для сканирования области пересечения. Мы подтвердили, что звук был слышен только в точке пересечения, которая создает то, что мы называем анклавом».
Одним из самых больших преимуществ их подхода является то, что он работает в широком диапазоне звуковых частот — от 125 Гц до 4 кГц, который охватывает большую часть того, что люди могут слышать. Даже в помещениях, где звук обычно отражается от стен, их система работала хорошо. И к тому же она удивительно компактна: вся установка имеет размер около 16 сантиметров, примерно как пенал.
«По сути, мы создали виртуальную гарнитуру», — сказал Чжун. На практике это означает, что кто-то, кто стоит в зоне слышимости, может четко слышать воспроизводимое, в то время как все остальные вокруг вообще ничего не слышат. Это может быть особенно полезно в местах общего пользования, таких как автомобили, классы или открытые офисы.
Прямо сейчас звук распространяется примерно на один метр и достигает 60 децибел, что соответствует громкости обычного разговора. Команда считает, что они могут расширить эти границы, используя более сильный ультразвук.
