La clé est la crasse des fréquences ultrasoniques pour produire un son audible
Le bord de saignement: Imaginez écouter de la musique ou un podcast sans casque sans déranger les autres ou avoir une conversation privée dans un endroit bondé avec l'assurance que seul l'auditeur prévu peut entendre votre voix. Les scientifiques ont développé une nouvelle technologie appelée « enclaves audio » qui pourraient en faire une réalité en créant des poches de son localisées isolées de leur environnement.
Diriger le son vers un emplacement spécifique est difficile en raison de la façon dont les ondes sonores se comportent. Au fur et à mesure que les vibrations se déplacent dans l'air, elles s'étendent, en particulier à des fréquences plus basses. Cet effet, connu sous le nom de diffraction, rend difficile le maintien de l'audio contenu dans une zone, en particulier avec des tons lourds. Isoler les fréquences sonores est encore plus difficile.
Des équipements spécialisés, comme les haut-parleurs paramétriques de réseau, peuvent réaliser des vibrations sonores à un point spécifique dans un faisceau ciblé. Cependant, ceux du chemin du faisceau peuvent encore entendre la transmission. Limiter le son à l'emplacement ciblé est toujours impossible en utilisant la technologie actuelle.
Pour obtenir une isolation saine totale, les chercheurs de l'Université de Pennsylvanie et du Lawrence Livermore National Laboratory ont utilisé des échographies et des acoustiques non linéaires pour « plier » des ondes sonores pour produire des vibrations audibles qui ne se produisent qu'à un endroit spécifique.
À 20 kHz et au-dessus, l'échographie est inaudible pour les humains. La plupart des gens connaissent son utilisation dans l'imagerie médicale. Cependant, il se comporte de manière identique aux ondes sonores audibles. Par conséquent, il est sensible aux mêmes principes et à la manipulation des vagues que son son audible. Les chercheurs ont exploité ces propriétés pour créer une percée, surnommée des «enclaves audio», qui utilise l'échographie comme porteuse pour les fréquences plus basses. Étant donné que l'échographie se déplace « silencieusement », il peut transporter les sons audibles vers un emplacement sans que personne ne l'entende à l'exception de ceux de l'emplacement cible.
Les chercheurs ont utilisé deux faisceaux d'échographie à des fréquences légèrement différentes pour ce faire. Lorsque les faisceaux se croisent, un phénomène connu sous le nom de génération de fréquences de différence se produit, créant un son audible.
« Lorsque deux faisceaux ultrasoniques de fréquences légèrement différentes, telles que 40 kHz et 39,5 kHz, se chevauchent, ils créent une nouvelle onde sonore à la différence entre leurs fréquences – dans ce cas, 0,5 kHz ou 500 Hz, qui se trouve bien dans la plage d'audience humaine », ont écrit les auteurs de l'étude. « Le son ne peut être entendu que là où les poutres se croisent. En dehors de cette intersection, les vagues échographiques restent silencieuses. »
Une autre innovation clé de la recherche est l'auto-flexion des faisceaux d'échographie. En utilisant des métasurfaces acoustiques, les chercheurs peuvent contrôler le chemin des vibrations à ultrasons, incurvant efficacement les faisceaux autour des obstacles et leur permettant de se croiser à un moment spécifique.
« Nous avons conçu des faisceaux ultrasoniques qui peuvent se plier seuls. Normalement, les ondes sonores se déplacent en lignes droites à moins que quelque chose ne les bloque ou les reflète. Cependant, en utilisant des métasurfaces acoustiques – des matériaux spécialisés qui manipulent les ondes sonores – nous pouvons façonner les poutres ultra-liées à se plier. Les vagues échographiques, nous créons des chemins sonores incurvés qui peuvent naviguer autour des obstacles et se rencontrer à un emplacement cible spécifique. «
Les chercheurs disent que les enclaves audio ont une vaste gamme d'applications. Le plus évident est d'éliminer le besoin d'écouteurs dans de nombreuses situations. Par exemple, les musées pourraient offrir des guides audio personnalisés qui suivent les utilisateurs individuels. Les passagers de voitures pourraient écouter de la musique sans interférer avec les instructions de navigation du conducteur. Il pourrait également fournir aux environnements des entreprises et militaires un autre moyen de communication sécurisée.
Les auteurs admettent que malgré son potentiel, la technologie est encore très nouvelle, avec de nombreux défis à surmonter avant d'être commercialement viable. La distorsion non linéaire peut avoir un impact sur la qualité sonore et la génération des champs d'échographie de haute intensité requis pour les enclaves audio peut être à forte intensité d'énergie. Les chercheurs travaillent sur ces domaines pour rendre la technologie plus efficace et pratique pour une utilisation réelle.
Crédit d'image: Jiaxin Zhong et al
