Инженеры Университета Дьюка разработали простой и энергетически эффективный метод создания акустических голограмм, который может привести к революции в стереосистемах и медицинском ультразвуковом оборудовании.
Большинству из нас известны визуальные голограммы, которые управляют светом таким образом, что кажется, будто перед вами трехмерный объект. Суть фокуса в том, чтобы управлять электромагнитным полем, заставляя свет вести себя так, будто он отражается от реально существующего предмета.
Звук тоже распространяется волнами, но передается как волна сжатия, которая сжимает молекулы, через которые проходит. Как и видимым светом, из этих волн можно формировать трехмерные образы.
«Мы показали точно такой же контроль над звуковыми волнами, какого люди добились с волнами света, — говорит профессор Стив Каммер. — Это как дисплей акустической виртуальной реальности. Она дает более реалистичное ощущение пространственной структуры звукового поля».
В статье в журнале Nature Scientific Reports исследователи написали, что им удалось создать трехмерную структуру с помощью звуковых волн. Это стало возможным при помощи метаматериалов, состоящих из множества отдельных, искусственно созданных клеток. Внешне метаматериалы напоминают стену из кирпичиков Lego — каждый блок состоит из пластика и содержит внутри спираль. Скрученность спирали влияет на движение звука через нее: чем туже закручена спираль, тем медленнее волны звука проходят через нее.
Ряд кирпичиков может также изменить направление звуковой волны. К примеру, если одна сторона звуковой волны замедляется, а другая — нет, в результате она меняет направление и сгибается в сторону медленной стороны.
Рассчитав, как 12 различных типов акустических кирпичиков воздействуют на звук, ученые смогли составить из них стену, которая формирует любую звуковую голограмму по другую сторону от себя. Можно даже точно рассчитать дистанцию, на которой появится голограмма.
«Это как будто надеть на говорящего человека маску, — рассказывает профессор Каммер. — Кажется, будто звук исходит из более сложного источника».
Сейчас исследователи пытаются понять, насколько их изобретение полезно для практического применения. Например, с его помощью создание медицинских аппаратов УЗИ могло бы обходиться гораздо дешевле, а сами аппараты быть меньше по размерам. Или единственный динамик можно заставить звучать как целый оркестр, пишет Futurity.
Одновременно возможности звуковой левитации и создания изображений на поверхности воды изучают ученые немецкого Института Макса Планка. При этом они использовали всего один источник звука.