Вчені створили динамік, який спрямовує звук лише до одного слухача

Звичайні дина­мі­ки поши­рю­ють звук майже в усіх напрям­ках, через що його чують не лише ті, для кого він при­зна­че­ний. Саме тому в літа­ках, поїздах, музе­ях та інших гро­мад­ських місцях часто вико­ри­сто­ву­ють наву­шни­ки або окре­мі аудіо­гі­ди. Дослідники з Університету науки і техно­ло­гій Пхохана (POSTECH) у Південній Кореї запро­по­ну­ва­ли інше ріше­н­ня — ком­па­ктний дина­мік MiPAL, який зда­тний пере­да­ва­ти звук вузь­ким про­ме­нем майже до одно­го слухача.

Результати дослі­дже­н­ня пока­зу­ють, що така систе­ма може стати про­сті­шою аль­тер­на­ти­вою тра­ди­цій­ним пара­ме­три­чним аку­сти­чним уста­нов­кам, які зазви­чай скла­да­ю­ться із сотень випро­мі­ню­ва­чів і є доро­ги­ми у виробництві.

Як звук перетворюють на вузький промінь

Ключову роль у робо­ті MiPAL віді­гра­ють мета­ма­те­рі­а­ли — спе­ці­аль­но спро­є­кто­ва­ні стру­кту­ри, вла­сти­во­сті яких визна­ча­ю­ться не лише мате­рі­а­лом, а й геометрією.

На пере­дній части­ні дина­мі­ка роз­та­шо­ва­на аку­сти­чна мета­по­верх­ня, яка пра­цює поді­бно до лінзи. Вона фор­мує вузь­кий уль­тра­зву­ко­вий про­мінь, у який вбу­до­ву­є­ться зву­ко­вий сигнал. Після про­хо­дже­н­ня через пові­тря уль­тра­звук пере­тво­рю­є­ться на чутний звук, але вже у вигля­ді зна­чно більш спря­мо­ва­но­го потоку.

Втім, лише цього недо­ста­тньо. Частина енер­гії зму­шує кор­пус само­го при­строю вібру­ва­ти, через що звук почи­нає поши­рю­ва­ти­ся в боки. Щоб усу­ну­ти цей ефект, інже­не­ри вста­но­ви­ли на задній части­ні дина­мі­ка пру­жні мета­еле­мен­ти, які при­гні­чу­ють неба­жа­ні коли­ва­н­ня та змен­шу­ють бічне роз­сі­ю­ва­н­ня звуку.

Навіщо це потрібно

Робочий діа­па­зон MiPAL ста­но­вить при­бли­зно від 500 Гц до 10 кГц, що охо­плює зна­чну части­ну люд­ської мови та бага­тьох музи­чних частот.

Під час випро­бу­вань дослі­дни­ки змо­де­лю­ва­ли умови сало­ну літа­ка, вико­ри­сто­ву­ю­чи реаль­ні аудіо­за­пи­си. Виявилося, що після дода­ва­н­ня пру­жних мета­еле­мен­тів звук наба­га­то точні­ше дося­гає потрі­бно­го місця, майже не зава­жа­ю­чи людям поруч.

У май­бу­тньо­му це може дозво­ли­ти паса­жи­рам слу­ха­ти філь­ми, музи­ку чи слу­жбо­ві ого­ло­ше­н­ня без наву­шни­ків, не ство­рю­ю­чи дис­ком­фор­ту для сусідів.

Де ще може знадобитися технологія

Окрім транс­пор­ту, авто­ри бачать засто­су­ва­н­ня MiPAL у музе­ях, вистав­ко­вих цен­трах та інших гро­мад­ських про­сто­рах. Наприклад, від­ві­ду­ва­че­ві доста­тньо буде піді­йти до кон­кре­тно­го екс­по­на­та, щоб авто­ма­ти­чно почу­ти аудіо­ко­мен­тар, тоді як люди поруч його майже не сприйматимуть.

Ще одні­єю пере­ва­гою стала можли­вість швид­ко ада­пту­ва­ти систе­му під різні умови. Метаматеріали виго­тов­ля­ють за допо­мо­гою 3D-друку, тому їхню форму можна змі­ню­ва­ти зале­жно від від­ста­ні між слу­ха­ча­ми, потрі­бно­го кута поши­ре­н­ня звуку чи осо­бли­во­стей приміщення.

Коли технологія з’явиться на практиці

Попри успі­шні випро­бу­ва­н­ня, MiPAL поки що зали­ша­є­ться екс­пе­ри­мен­таль­ною роз­роб­кою. До комер­цій­но­го вико­ри­ста­н­ня техно­ло­гії необ­хі­дно прой­ти дода­тко­ві дослі­дже­н­ня та перевірки.

Втім, сама кон­це­пція демон­струє, що за допо­мо­гою мета­ма­те­рі­а­лів можна ство­рю­ва­ти ком­па­ктні систе­ми спря­мо­ва­но­го звуку без скла­дних маси­вів із сотень випро­мі­ню­ва­чів. Якщо роз­роб­ку вда­сться дове­сти до серій­но­го виро­бни­цтва, вона може зна­йти засто­су­ва­н­ня в транс­пор­ті, музе­ях, вистав­ках, систе­мах пер­со­наль­но­го аудіо та інших місцях, де важли­во пере­да­ва­ти звук кон­кре­тній люди­ні, не ство­рю­ю­чи шуму для оточення.