Акустики напечатали решетку динамика, которая фокусирует звук в узкой точке.

Любители плохой музыки теперь могут слушать свои любимые треки на полную громкость, не опасаясь порицания со стороны окружающих — и не повреждая уши наушниками. Акустическая линза изобретена в Университете штата Пенсильвания.

Обычно звуковые волны исходят от источника во всех направлениях, - объясняет первый автор статьи Джи Ву Кевин Ким. Громкоговорители с параметрической решеткой (PAL) используют ультразвук высокой интенсивности для сжатия слышимого звука в узкий лазерный луч. Эти устройства уже используются в музеях и студиях звукозаписи для ненавязчивой передачи аудиоинформации, но за пределами этих специальных сред у них возникает масса проблем.

"Они настолько направлены, что как только луч попадает на какую-либо поверхность, звук отражается по всему помещению, поэтому о приватности можно забыть. Кроме того, они плохо воспроизводят низкие частоты, что портит впечатление от музыки с мощными басами, например", - говорит Ким.

Метаповерхности могут решить эту проблему, говорит профессор Юн Цзин, возглавлявший исследование. Так называется класс материалов, способных управлять волнами — светом, звуком, теплом и другими — только благодаря своей тонкой структуре. Акустические метаповерхности легко распечатать на 3D-принтере и уже широко используются для направления звука в определенных направлениях, например, в динамиках.

"Чтобы создать акустическую метаповерхность, мы берем большую плоскость, которая действует как линза для фокусировки луча света. Эта плоскость модулирует звуковые волны так, что после выхода из динамика они сходятся в одной центральной точке. Так мы фокусируем звук в нужную область", - показывает профессор.

Ранее его лаборатория разработала способ специфической передачи звука в уши посредством пересечения ультразвуковых волн. Но для этого метода требовалось сразу два PAL, а преобразование ультразвука в слышимый звук было не очень эффективным.

Новая метаповерхность пассивно фокусирует звуковые волны — без сложной обработки сигналов и без электричества. Напечатанная на 3D-принтере крышка направляет звук из динамиков в плотный «пузырь», который слышен только внутри области шириной около трех сантиметров и высотой менее сантиметра.

«В нашей конструкции фокус зафиксирован в пространстве, но пассивный характер компонента позволяет нам значительно снизить стоимость производства и реализации акустической метаповерхности», — подчеркивает Цзин.

В тестах динамик PAL был закрыт акустической линзой, через него проигрывалась электронная музыка с мощными басами, а микрофон медленно перемещался перед источником звука.

Микрофон внутри фокуса улавливал чистый высококачественный звук. Но стоило его сдвинуть на несколько сантиметров, как громкость резко падала, иногда на 50 децибел.

Музыка, воспроизводимая PAL с метаповерхностями, хорошо звучала как на высоких, так и на низких частотах — именно здесь обычно возникают проблемы с фокусировкой. Испытания показали, что такая акустическая система эффективно воспроизводит басы вплоть до 38 Гц — частоты, с которой справятся только громоздкие сабвуферы.

"Акустическая метаповерхность имеет диаметр около 15 см, размером с небольшую пластину, и может быть нанесена непосредственно на поверхность любого PAL. Мы считаем, что технология имеет огромный коммерческий потенциал - все, что нужно, это 3D-принтер или пресс-форма для массового производства таких компонентов", - заключает Ким.

Технология будет полезна не только любителям плохой музыки, но и везде, где полезен персонализированный и приватный звук - в банкоматах, платежных терминалах, на витринах с информацией, а также в автомобилях, чтобы несколько человек могли одновременно слушать разные звуковые дорожки, не мешая друг другу.