Şaşırtıcı Yeni Teknoloji Sesleri Sadece Kulağınıza Yönlendirebiliyor

Yeni yayınlanan araştırmamız, çevrelerinden izole edilmiş lokalize ses cepleri olan duyulabilir enklavlar yaratmanın bir yolunu sunuyor. Başka bir deyişle, sesi tam olarak olması gereken yerde yaratabilecek bir teknoloji geliştirdik.

Sadece belirli bir yerde duyulabilir hale gelen ses gönderme yeteneği eğlence, iletişim ve uzamsal ses deneyimlerini dönüştürebilir.

 

Ses Nedir?

Ses, havada dalga olarak ilerleyen bir titreşimdir. Bu dalgalar, bir nesne ileri geri hareket ederek hava moleküllerini sıkıştırıp açtığında oluşur.

Bu titreşimlerin frekansı, ses perdesini belirleyen şeydir. Düşük frekanslar, bas davul gibi derin seslere karşılık gelir; yüksek frekanslar ise ıslık gibi keskin seslere karşılık gelir.

Sesin nereye gittiğini kontrol etmek, kırınım adı verilen bir olgu nedeniyle zordur - ses dalgalarının hareket ederken yayılma eğilimi. Bu etki, daha uzun dalga boyları nedeniyle düşük frekanslı sesler için özellikle güçlüdür ve sesi belirli bir alanla sınırlı tutmayı neredeyse imkansız hale getirir.

Parametrik dizi hoparlörler gibi bazı ses teknolojileri, belirli bir yöne odaklanmış ses hüzmeleri oluşturabilir. Bununla birlikte, bu teknolojiler uzayda ilerlerken tüm yolu boyunca duyulabilir ses yaymaya devam edecektir.

 

İşitilebilir Enklavların Bilimi

Sesi belirli bir dinleyiciye göndermenin yeni bir yolunu bulduk: kendi kendini büken ultrason ışınları ve doğrusal olmayan akustik adı verilen bir kavram aracılığıyla.

Ultrason, insan işitme aralığının üzerinde veya 20 kHz'in üzerinde frekanslara sahip ses dalgalarını ifade eder. Bu dalgalar havada normal ses dalgaları gibi hareket eder ancak insanlar tarafından duyulamaz.

Ultrason birçok malzemeye nüfuz edebildiğinden ve nesnelerle benzersiz şekillerde etkileşime girebildiğinden, tıbbi görüntüleme ve birçok endüstriyel uygulama için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çalışmamızda, ultrasonu duyulabilir ses için bir taşıyıcı olarak kullandık. Sesi uzayda sessizce taşıyabilir - yalnızca istendiğinde duyulabilir hale gelir. Bunu nasıl yaptık?

Normalde ses dalgaları doğrusal olarak birleşir, yani orantılı olarak toplanarak daha büyük bir dalga oluştururlar. Ancak, ses dalgaları yeterince yoğun olduğunda, doğrusal olmayan bir şekilde etkileşime girerek daha önce mevcut olmayan yeni frekanslar üretebilirler.

Bu bizim tekniğimizin anahtarıdır: Kendi başlarına tamamen sessiz olan farklı frekanslarda iki ultrason ışını kullanıyoruz. Ancak uzayda kesiştiklerinde, doğrusal olmayan etkiler, yalnızca o belirli bölgede duyulabilecek duyulabilir bir frekansta yeni bir ses dalgası üretmelerine neden olur.

En önemlisi, kendi kendine bükülebilen ultrasonik ışınlar tasarladık. Normalde, bir şey onları engellemediği veya yansıtmadığı sürece ses dalgaları düz çizgiler halinde ilerler. Ancak, akustik meta yüzeyler - ses dalgalarını manipüle eden özel malzemeler - kullanarak ultrason ışınlarını hareket ederken bükülecek şekilde şekillendirebiliriz.

Optik bir merceğin ışığı bükmesine benzer şekilde, akustik meta yüzeyler ses dalgalarının yolunun şeklini değiştirir. Ultrason dalgalarının fazını hassas bir şekilde kontrol ederek, engellerin etrafından dolaşabilen ve belirli bir hedef konumda buluşabilen kavisli ses yolları oluşturuyoruz.

Buradaki temel olgu, fark frekansı üretimi olarak adlandırılan şeydir. Örneğin 40 kHz ve 39,5 kHz gibi biraz farklı frekanslara sahip iki ultrasonik ışın üst üste geldiğinde, frekansları arasındaki farkta yeni bir ses dalgası oluştururlar - bu durumda 0,5 kHz veya 500 Hz, ki bu da insan işitme aralığının oldukça içindedir.

Ses yalnızca ışınların kesiştiği yerde duyulabilir. Bu kesişme noktasının dışında ultrason dalgaları sessiz kalır.

Bu, sesi belirli bir yere veya kişiye, ses ilerlerken diğer insanları rahatsız etmeden iletebileceğiniz anlamına gelir.

 

Ses Kontrolünde İlerleme

Ses bölgeleri oluşturma becerisinin birçok potansiyel uygulaması vardır.

Ses çevreleri kamusal alanlarda kişiselleştirilmiş ses sağlayabilir. Örneğin, müzeler ziyaretçilere kulaklık olmadan farklı sesli rehberler sağlayabilir ve kütüphaneler öğrencilerin başkalarını rahatsız etmeden sesli derslerle çalışmasına izin verebilir.

Bir arabada yolcular, sürücünün navigasyon talimatlarını duymasını engellemeden müzik dinleyebilir. Ofisler ve askeri ortamlar da gizli konuşmalar için yerelleştirilmiş konuşma bölgelerinden faydalanabilir.

Ses bölgeleri ayrıca belirlenen alanlarda gürültüyü engelleyecek şekilde uyarlanabilir, işyerlerinde odaklanmayı artırmak veya şehirlerde gürültü kirliliğini azaltmak için sessiz bölgeler oluşturabilir.

Bu yakın gelecekte rafa kalkacak bir şey değil. Örneğin, teknolojimiz için zorluklar devam etmektedir. Doğrusal olmayan bozulma ses kalitesini etkileyebilir. Güç verimliliği de bir başka sorun - ultrasonu duyulabilir sese dönüştürmek için yüksek yoğunluklu alanlar gerekiyor ve bu da enerji yoğun bir üretim gerektirebiliyor.

Bu engellere rağmen, audio enclaves ses kontrolünde temel bir değişim sunuyor. Sesin mekanla nasıl etkileşime girdiğini yeniden tanımlayarak, sürükleyici, verimli ve kişiselleştirilmiş ses deneyimleri için yeni olanaklar yaratıyoruz.

Jiaxin Zhong, Akustik Doktora Sonrası Araştırmacısı, Penn State ve Yun Jing, Akustik Profesörü, Penn State

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.