
ماذا لو كان بإمكانك الاستماع إلى الموسيقى أو البودكاست بدون سماعات الرأس أو سماعات الأذن ودون إزعاج أي شخص من حولك؟ أو إجراء محادثة خاصة في الأماكن العامة دون أن يسمعك الآخرون؟
يقدم بحثنا المنشور حديثًا طريقة للإبداع جيوب مسموعة – جيوب صوتية محلية معزولة عن محيطها. بمعنى آخر، قمنا بتطوير تقنية يمكنها إنتاج الصوت في المكان الذي يجب أن يكون فيه بالضبط.
ما هو الصوت؟
الصوت هو اهتزاز التي تنتقل عبر الهواء على شكل موجة. يتم إنشاء هذه الموجات عندما يتحرك جسم ما ذهابًا وإيابًا، مما يؤدي إلى ضغط جزيئات الهواء وفك ضغطها.
تردد هذه الاهتزازات هو ما يحدد درجة الصوت. تتوافق الترددات المنخفضة مع الأصوات العميقة، مثل طبلة الجهير؛ الترددات العالية تتوافق مع الأصوات الحادة، مثل صافرة.
من الصعب التحكم في مكان انتقال الصوت بسبب ظاهرة ما يسمى الحيود – ميل الموجات الصوتية إلى الانتشار أثناء انتقالها. يكون هذا التأثير قويًا بشكل خاص بالنسبة للأصوات ذات التردد المنخفض نظرًا لأطوالها الموجية الأطول، مما يجعل من المستحيل تقريبًا إبقاء الصوت محصورًا في منطقة معينة.
بعض التقنيات الصوتية، مثل مكبرات الصوت مجموعة حدودية، يمكن أن تخلق أشعة صوتية مركزة تهدف إلى اتجاه معين. ومع ذلك، ستظل هذه التقنيات تصدر صوتًا مسموعًا على طول مسارها بالكامل أثناء انتقالها عبر الفضاء.
علم الجيوب المسموعة
لقد وجدنا طريقة جديدة لإرسال الصوت إلى مستمع واحد محدد: من خلال أشعة الموجات فوق الصوتية ذاتية الانحناء ومفهوم يسمى الصوتيات غير الخطية.
تشير الموجات فوق الصوتية إلى موجات صوتية ذات ترددات أعلى من نطاق السمع البشري، أو أعلى من 20 كيلو هرتز. تنتقل هذه الموجات عبر الهواء مثل الموجات الصوتية العادية ولكنها غير مسموعة للناس. لأن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تخترق العديد من المواد وتتفاعل مع الأشياء بطرق فريدة، فهي تستخدم على نطاق واسع التصوير الطبي والعديد التطبيقات الصناعية.
استخدمنا في عملنا الموجات فوق الصوتية كحامل للصوت المسموع. ويمكنه نقل الصوت عبر الفضاء بصمت، ليصبح مسموعًا فقط عند الرغبة. كيف فعلنا هذا؟
عادة الموجات الصوتية الجمع خطيا، مما يعني أنها تضاف بشكل متناسب إلى موجة أكبر. ومع ذلك، عندما تكون الموجات الصوتية شديدة بدرجة كافية، فإنها يمكن أن تتفاعل بشكل غير خطي، مما يولد ترددات جديدة لم تكن موجودة من قبل.
هذا هو مفتاح تقنيتنا: نستخدم شعاعين من الموجات فوق الصوتية بترددات مختلفة تكون صامتة تمامًا من تلقاء نفسها. ولكن عندما كانوا تتقاطع في الفضاءتؤدي التأثيرات غير الخطية إلى توليد موجة صوتية جديدة بتردد مسموع يمكن سماعه فقط في تلك المنطقة المحددة.
متعلق ب: يمكن لسماعات الرأس المانعة للضوضاء هذه تصفية أصوات معينة عند الطلب، وذلك بفضل التعلم العميق
والأهم من ذلك أننا صممنا حزمًا فوق صوتية يمكنها الانحناء من تلقاء نفسها. تنتقل الموجات الصوتية عادةً في خطوط مستقيمة ما لم يحجبها شيء ما أو يعكسها. ومع ذلك، باستخدام السطوح الصوتية – مواد متخصصة تتعامل مع الموجات الصوتية – يمكننا تشكيل حزم الموجات فوق الصوتية بحيث تنحني أثناء انتقالها. على غرار الطريقة التي تحني بها العدسة الضوئية الضوء، تغير الأسطح الصوتية شكل مسار الموجات الصوتية. من خلال التحكم بدقة في مرحلة الموجات فوق الصوتية، نقوم بإنشاء مسارات الصوت المنحنية يمكنها التنقل حول العقبات والالتقاء في موقع مستهدف محدد.
الظاهرة الرئيسية في اللعب هي ما يسمى توليد تردد الفرق. عندما يتداخل شعاعان بالموجات فوق الصوتية بترددات مختلفة قليلاً، مثل 40 كيلو هرتز و39.5 كيلو هرتز، فإنهما يخلقان موجة صوتية جديدة عند الفرق بين تردداتهما – في هذه الحالة 0.5 كيلو هرتز، أو 500 هرتز، وهو ضمن نطاق السمع البشري. لا يمكن سماع الصوت إلا عند تقاطع الحزم. خارج هذا التقاطع، تظل الموجات فوق الصوتية صامتة.
وهذا يعني أنه يمكنك توصيل الصوت إلى موقع أو شخص معين دون إزعاج الآخرين أثناء انتقال الصوت.
تعزيز التحكم في الصوت
القدرة على إنشاء جيوب صوتية لها العديد من التطبيقات المحتملة.
يمكن للجيوب الصوتية تمكين الصوت المخصص في الأماكن العامة. على سبيل المثال، يمكن للمتاحف توفير أدلة صوتية مختلفة للزوار دون سماعات الرأس، ويمكن للمكتبات أن تسمح للطلاب بالدراسة من خلال دروس صوتية دون إزعاج الآخرين.
وفي السيارة، يمكن للركاب الاستماع إلى الموسيقى دون تشتيت انتباه السائق عن سماع تعليمات الملاحة. يمكن للمكاتب والإعدادات العسكرية أيضًا الاستفادة من مناطق الكلام المحلية لإجراء محادثات سرية. ويمكن أيضًا تكييف المناطق الصوتية لإلغاء الضوضاء في المناطق المخصصة، وإنشاء مناطق هادئة لتحسين التركيز في أماكن العمل أو تقليل التلوث الضوضائي في المدن.
هذا ليس شيئًا سيكون على الرف في المستقبل القريب. على سبيل المثال، لا تزال هناك تحديات تواجه التكنولوجيا لدينا. يمكن أن يؤثر التشويه غير الخطي على جودة الصوت. وتعد كفاءة الطاقة مشكلة أخرى – حيث يتطلب تحويل الموجات فوق الصوتية إلى صوت مسموع مجالات عالية الكثافة يمكن أن تستهلك الكثير من الطاقة لتوليدها.
على الرغم من هذه العقبات، تمثل الجيوب الصوتية تحولًا أساسيًا في التحكم في الصوت. من خلال إعادة تعريف كيفية تفاعل الصوت مع الفضاء، نفتح إمكانيات جديدة لتجارب صوتية غامرة وفعالة ومخصصة.
أعيد نشر هذه المقالة المحررة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المادة الأصلية.
تنويه من موقع “yalebnan.org”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2025-03-23 13:00:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “yalebnan.org”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.