Учёные разработали технологию звука, слышимого только в нужных местах — без наушников

Учёные из Пенсильванского университета разработали технологию, позволяющую передавать звук в конкретные точки пространства, делая его слышимым только там. Это открывает возможности для создания персонализированного аудио в общественных местах, организации конфиденциальных разговоров и подавления нежелательного шума.

Звук распространяется в воздухе в виде волн, которые обычно рассеиваются за счёт эффекта дифракции. Именно поэтому направить его в конкретную точку без потерь сложно, особенно на низких частотах, у которых длинные волны. Существующие направленные динамики, такие как параметрические акустические массивы, создают сфокусированные звуковые лучи, но они слышны на всём своём пути, что мешает полной изоляции звука.

Исследователи предложили принципиально новый метод, основанный на ультразвуке и нелинейной акустике. В нём используются два ультразвуковых луча с разными частотами, которые по отдельности остаются неслышимыми. Однако в месте их пересечения происходит нелинейное взаимодействие, создающее новую звуковую волну в слышимом диапазоне. Например, если пересекаются лучи с частотами 40 кГц и 39,5 кГц, на пересечении возникает слышимый звук частотой 500 Гц.

Ключевую роль играет способность этих ультразвуковых лучей изгибаться в пространстве. В обычных условиях звуковые волны распространяются по прямой, если не встречают преград. Однако учёные применили акустические метаповерхности — особые материалы, которые изменяют траекторию звука, подобно тому, как линзы фокусируют свет. Это позволяет ультразвуковым лучам огибать препятствия и пересекаться в строго заданных точках.

Потенциальные применения технологии разнообразны. В музеях она позволит воспроизводить аудиоэкскурсии для посетителей без наушников. В библиотеках — предоставлять индивидуальные звуковые лекции, не создавая шума. В автомобилях пассажиры смогут наслаждаться музыкой, не мешая водителю слушать навигационные подсказки. Также технология может использоваться для создания «тихих зон», где шум подавляется, улучшая акустическую среду в офисах или городских пространствах.

Однако перед массовым внедрением предстоит решить несколько технических задач. Во-первых, нелинейные искажения могут снижать качество звука. Во-вторых, процесс преобразования ультразвука в слышимый диапазон требует мощных акустических полей, что делает систему энергоёмкой. Несмотря на эти проблемы, технология может предложить революционный подход к управлению аудиопространством и открыть новые возможности для эффективного использования звука.