Fizikçiler Sadece Tek Yönde Hareket Eden Ses Dalgaları Üretti

ETH Zürih ve İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Lozan'daki bilim insanları tarafından geliştirilen cihaz, her biri ses gönderebilen veya alabilen eşit aralıklı üç bağlantı noktasına sahip disk şeklinde bir boşluktan oluşuyor.

Aktif olmayan bir durumda, port 1'den iletilen ses, port 2 ve 3'e eşit hacimlerde duyulabilir. Ses dalgaları da yankı olarak port 1'e geri döner.

Ancak sistem çalışırken sadece 2. port 1. portun sesini duyar.

İşin püf noktası, ses dalgalarının tekrar eden bir düzende senkronize olmasını sağlayan belirli bir hız ve yoğunlukta boşluğa dönen hava üflemektir. Bu sadece ses dalgalarını tek bir yöne yönlendirmekle kalmaz, aynı zamanda bu salınımlara daha fazla enerji verir, böylece dağılmazlar. Ses için bir tür döner kavşak gibi.

Bilim insanları, tekniklerinin gelecekteki iletişim teknolojilerinin tasarımını bilgilendirebileceğini söylüyor. Yeni metamalzemeler sadece ses dalgalarını değil, potansiyel olarak elektromanyetik dalgaları da manipüle etmek için yapılabilir.

Kıdemli araştırmacı Nicolas Noiray, “Bu kayıp telafili karşılıklı olmayan dalga yayılımı kavramı, bize göre, diğer sistemlere de aktarılabilecek önemli bir sonuçtur” diyor.

Işık veya su dalgaları gibi, tipik bir ortamdaki ses dalgaları da karşılıklıdır, yani salınımları ileriye doğru olduğu kadar geriye doğru da kolayca yayılabilir.

Herhangi bir gönderici ve alıcı çifti için rolleri değiştirebilirsiniz ve işlev aynı kalır. Daha önceki benzetmeye dönecek olursak, bir odada aralarında hiçbir engel olmadan aynı ses seviyesinde sohbet eden iki kişi, ses dalgaları her iki yönde de serbestçe hareket ettiğinden birbirlerini net bir şekilde duyabilir.

Sesi karşılıklı olmayan hale getirmenin faydalı olacağı zamanlar vardır, belki de gürültü bastırma gerektiğinde. 2014 yılında Austin'deki Texas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, rezonanslı bir halkadan hava üflemek için küçük fanlar kullanan bir akustik sirkülatör geliştirdiler. Ses üç bağlantı noktasından birinden girdiğinde, ses dalgaları karşılıklı olmaz ve her ikisinden değil, yalnızca diğer bağlantı noktalarından birinden duyulabilir.

Yine de bir sorun vardı: ses seyahat ederken dağılıyor ve varış noktasına ulaşan dalgaları zayıflatıyordu. Bu yüzden ETH Zürih ekibi, ses dalgalarının tek yönlü yolculuklarında enerji kaybetmelerini önlemek için yola çıktı.

Bu durumda, bir borudan aşağı doğru döndürülen hava merkezden halkaya girerek ıslık çalmasına neden oluyor. Bu da boşluğun içindeki akustik basınçta kendi kendine devam eden salınımlar yaratıyor. Bu salınımların içeri giren ses dalgalarının frekansına göre ayarlanmasıyla, dalgalar enerji kazanarak zayıflamalarını önleyebiliyor.

Ekip akustik sirkülatörü inşa etti ve bir dalga kılavuzundan yaklaşık 800 Hz frekanslı ses dalgaları gönderip diğer ikisine nasıl ulaştıklarını ölçerek tasarımlarını test etti.

Elbette, dalgalar ikinci dalga kılavuzuna ulaştığında zayıflamamışlardı - aksine, aslında iletildiklerinden daha güçlüydüler. Üçüncü dalga kılavuzunda hiçbir ses dalgası tespit edilmedi, bu da her iki hedefe de ulaşıldığını gösteriyordu.

İronik bir şekilde, ses dalgalarını güçlendirmek için salınımların kullanılmasının ardındaki fikir, onları azaltmayı amaçlayan çalışmalardan ortaya çıktı. Ses dalgalarıyla etkileşime giren salınımlar, uçak motorları gibi bazı sistemlere zarar verebilir, ancak Noiray bunların iyi amaçlarla da kullanılabileceğini fark etti.

Ekip, akustik sirkülatörün diğer bilim insanlarının ses dalgası yayılımı ve manipülasyonu üzerine çalışmalarına yardımcı olabileceğini söylüyor. Genel konsept, daha iyi radar veya iletişim sistemleri için elektromanyetik dalgaları yönlendirmek üzere bile kullanılabilir.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.