Akademikere viser, hvordan man skaber et spotlight af lyd med LEGO-lignende klodser

Akademikere har skabt enheder, der er i stand til at manipulere lyd på samme måde som lys – hvilket skaber spændende nye muligheder inden for underholdning og offentlig kommunikation.

Forskere ved universiteterne i Sussex og Bristol har afsløret, hvordan de praktiske love, der bruges til at designe optiske systemer, også kan anvendes på lyd gennem akustiske metamaterialer på ACM CHI-konferencen om menneskelige faktorer i computersystemer.

Forskerne har demonstreret den første dynamiske metamateriale-enhed med zoomobjektivet som en varifokal for lyd. Projektteamet har også bygget en kollimator, i stand til at transmittere lyd som en retningsbestemt stråle fra en standardhøjttaler.

Gennembruddet har potentialet til at revolutionere underholdningsindustrien såvel som mange aspekter af kommunikation i det offentlige liv ved at skabe retningsbestemte højttalere, der kan nå ud til en person i en menneskemængde.

Dr. Gianluca Memoli, Underviser i nye grænseflader og interaktioner ved University of Sussex, som leder denne forskning, siger "Akustiske metamaterialer er normale materialer, som plastik eller papir eller træ eller gummi, men konstrueret således, at deres indre geometri skulpturerer lyden, der går igennem. Idéen med akustiske linser har eksisteret siden 1960'erne, og akustiske hologrammer begynder at dukke op til ultralydsapplikationer, men det er første gang, at lydsystemer med linser af praktiske størrelser, svarende til dem, der bruges til lys, er blevet udforsket."

Teknologien tager daglige materialer som glas, træ og 3-D printer plastik og konstruerer dem til at styre, direkte, og manipulere bølger på usædvanlige måder, transformerer metaoverflader til at opføre sig som konvergerende linser for lyd.

Forskerholdet mener, at teknologien åbner op for et væld af muligheder, herunder evnen til at bruge lydlinse som modtager til at lokalisere alarmerende lyde, såsom i en maskine for at identificere en fejl eller inden for udvalgte områder af et hus for at skelne en indbrudstyv, der knækker et vindue, fra en hund, der gøer i baggrunden.

Ved at skabe et akustisk teleskop, teknologien har mulighed for at zoome ind på en enkelt person i en menneskemængde for enten at levere eller modtage akustiske beskeder.

Akademikerne mener også, at teknologien kan hjælpe med at bringe virkelig 360 graders lyddækning og sikre, at hvert medlem af et publikum har den optimale lytteoplevelse.

Letizia Chisari, som bidrog til dette arbejde under et sommerophold hos Sussex, tilføjede:"I fremtiden, akustiske metamaterialer kan ændre den måde, vi leverer lyd på i koncerter og teatre, at sikre, at alle virkelig får den lyd, de har betalt for. Vi udvikler lydkapacitet, der kan bringe endnu større intimitet med lyd end hovedtelefoner, uden behov for høretelefoner."

Den nye teknologi har markante fordele i forhold til tidligere fremskridt inden for lydteknologi.

Surroundlydsystemer i biografer og hjemmebiografer har en begrænset lydlig sweet spot begrænset til et smalt lytteområde, mens lydspotlights er dyre og i øjeblikket ikke er i stand til at transmittere højkvalitetslyde.

Akustiske linser i ultralydstransducere og noget avanceret hjemmelyd er designet til at være meget større end bølgelængden, hvilket betyder, at deres brug er begrænset til den højere del af det akustiske spektrum.

Metamaterialer er mindre, billigere og nemmere at fremstille end phased arrays og kan endda fremstilles i genanvendelige materialer. Metamateriale-enheder fører også til færre aberrationer end højttalerarrays, selv over begrænsede båndbredder.

Jonathan Eccles, en bachelorstuderende i computervidenskab ved University of Sussex, sagde:"Ved at bruge en enkelt højttaler, vi vil være i stand til at levere alarmer til folk, der bevæger sig på gaden, ligesom i filmen Minority Report. Ved hjælp af en enkelt mikrofon, vi vil være i stand til at lytte til små dele af et maskineri for at beslutte, at alt fungerer fint. Vores prototyper, mens det er enkelt, sænke adgangstærsklen til at designe nye lydoplevelser:Enheder baseret på akustiske metamaterialer vil føre til nye måder at levere, at opleve og endda tænke på lyd."

Papiret VARI_SOUND:a vari-focal linse til lyd blev præsenteret på ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI 2019) i Glasgow i mandags.