Большинство все знакомы с понятием визуальных голограмм, которые управляют светом, чтобы заставить его появиться, как будто 3D объект сидит в пустом месте. Эти оптические уловки работают, формируя электромагнитное поле так, чтобы оно подражало легкому подпрыгиванию от фактического объекта.Звук также едет в волнах.
А скорее, чем электромагнитная энергия, едущая через пространство, звук размножается как волны давления, которые на мгновение сжимают молекулы, они путешествуют через. И точно так же, как видимый свет, этими волнами можно управлять в трехмерные образцы.«Мы показываем тот же самый контроль над звуковой волной, как люди ранее достигли со световыми волнами», сказал Стив Каммер, преподаватель электротехники и вычислительной техники в Университете Дюка. «Это похоже на акустический показ виртуальной реальности.
Это дает Вам более реалистический смысл пространственного образца звуковой области».В работе, опубликованной 14 октября по своей природе, Научные Отчеты, исследователи в Герцоге и Университете штата Северная Каролина показывают, что они могут создать любой трехмерный образец, который они хотят со звуковыми волнами.
Успехам добиваются возможные метаматериалы – синтетические материалы, состоявшие из многих отдельных, спроектированных клеток, которые вместе производят неестественные свойства.В этом случае метаматериалы напоминают стену Legos.
Каждый отдельный блок сделан из пластмассы 3D принтером и содержит спираль в. Плотность спирали затрагивает путь звуковые путешествия через него – чем более трудный катушка, тем более медленные звуковые волны едут через него.В то время как отдельные блоки не могут влиять на направление звуковой волны, все устройство эффективно может. Например, если одна сторона звуковой волны будет замедлена, но не другой, получающиеся фронты волны будут перенаправлены так, чтобы звук был согнут к медленной стороне.«Кто-либо может сказать различие между единственным стереодинамиком и живой музыкой игры струнного квартета позади них», объяснил Янгбо «Авель» Се, докторант в лаборатории Каммера. «Часть причины, почему это – звуковые волны, несет пространственную информацию, а также примечания и объем».
Вычисляя, как 12 различных типов акустических метаматериальных стандартных блоков затронут звуковую волну, исследователи могут устроить их в стене, чтобы сформировать любой образец волны с другой стороны, что они хотят. С достаточной осторожностью звуковые волны могут создать определенную голограмму на определенном расстоянии далеко.
«Это в основном похоже на помещение маски перед спикером», сказал Каммер. «Это заставляет его казаться, что звук прибывает из более сложного источника, чем это».Каммер и Се, в сотрудничестве с Юнь Цзином, доцентом механической и космической разработки в государстве NC, и Покрытым дегтем Шеном, докторантом в лаборатории Цзина, доказали их звуковые фотошаблоны двумя различными способами. В первом тесте они собрали метаматериальную стену, которая управляла поступающей звуковой волной в форму как письмо «A» на расстоянии в приблизительно один фут.
Во второй демонстрации они показали, что техника может сосредоточить звуковые волны в несколько «горячих точек» – или громкие пятна – звука, также нога от устройства.Есть существующие технологии, которые могут также оказать это влияние.
Современные устройства отображения ультразвука, например, используют поэтапно осуществленные множества со многими отдельными преобразователями, которые могут каждый производить звуковые волны, которыми точно управляют. Но у этого подхода есть свои недостатки.«Если Вам когда-либо делали ультразвук, Вы знаете, что есть маленькая палочка, приложенная к намного более крупной машине на расстоянии в несколько футов», сказал Каммер. «Не только может эта установка быть тяжелым, она потребляет огромное количество энергии. Наш подход может помочь оказать то же самое влияние в более дешевой, меньшей системе».
Для метаматериального устройства, чтобы работать в таких заявлениях, однако, каждая клетка должна быть меньшей, чем волны, которыми это управляет. И для технологий ультразвука, которые работают в диапазоне мегагерца, это означает, что отдельные клетки должны были бы быть в 100 раз меньшими, чем в текущих демонстрационных блоках.Каммер и Се ищут промышленных партнеров, чтобы показать, что этот вид фальсификации был бы возможен. Они также делают покупки идея вокруг отраслям промышленности, которые работают в диапазоне килогерца, таком как воздушное ощущение и технологии формирования изображений.
И конечно, они говорят с нормальными компаниями, чтобы заставить единственного спикера больше походить на живой оркестр.«Мы в настоящее время находимся в фазе исследования, пытаясь определить, где эта технология была бы полезна», сказал Се. «Любой сценарий, где Ваша цель состоит в том, чтобы управлять звуком, эта идея, мог быть развернут.
И это могло быть развернуто, чтобы сделать что-то полностью новым, или сделать что-то, что уже существует лучше, более простое или более дешевое».