В ближайшем будущем люди смогут наслаждаться любимой музыкой или подкастами без использования наушников, при этом абсолютно не мешая окружающим. Исследовательская группа Университета штата Пенсильвания разработала инновационный метод передачи звука непосредственно к ушам человека через использование ультразвуковых волн.
Технология основана на создании так называемых «слышимых анклавов» – зон, где пересекаются направленные ультразвуковые пучки. Для этого используются два специальных устройства, оснащенные акустическими метаповерхностями, которые формируют самогибкие ультразвуковые волны, встречающиеся в конкретной точке пространства. Человек, находящийся в этой зоне, будет слышать звук, тогда как другие находящиеся поблизости люди ничего не услышат. Этот принцип позволяет создать звуковую изоляцию для индивидуального прослушивания.
Каждый отдельный пучок неслышен человеку, однако при пересечении они создают локализованный звук благодаря нелинейному взаимодействию. Ультразвуковой сигнал способен огибать препятствия, например, голову человека, чтобы достигнуть нужной точки назначения.
Акустические метаповерхности выполняют функцию своеобразных линз, контролируя направление и форму ультразвуковых лучей. Они изготовлены из материалов с мельчайшими структурами размером от миллиметров до долей миллиметра и были распечатаны на 3D-принтере одним из участников проекта.
Для проверки работоспособности системы исследователи использовали манекен с установленными внутри ушей микрофонами, моделируя восприятие человеком звука вдоль пути распространения ультразвуковых сигналов. Дополнительный микрофон использовался для анализа звуковой картины в зоне пересечения пучков. Результаты подтвердили, что звук был слышен исключительно в пределах «анклава», подтверждая эффективность звукоизоляции.
Система была успешно протестирована в обычных комнатных условиях с естественной реверберацией, что указывает на возможность её применения в самых разных ситуациях, включая аудитории, транспортные средства и открытые площадки.
Создатели технологии называют своё достижение «виртуальными наушниками». Внутри созданной ими «зоны слуха» пользователь сможет услышать предназначенный ему контент, оставаясь незаметным для окружающих.
На данный момент система способна передавать звук на расстоянии до одного метра с уровнем громкости примерно 60 дБ в частотном диапазоне от 125 до 4000 Гц. Однако учёные уверены, что потенциал разработки можно значительно расширить за счёт дальнейших улучшений.
