Kształtowanie pola dźwięku i metamateriały - dźwięk jak chcemy i gdzie chcemy

Gdy słuchamy muzyki z głośników bardzo istotnym elementem, który wpływa na nasze wrażenia jest akustyka pomieszczenia. Producenci sprzętu audio od dawna wykorzystują korzyści jakie dają odbicia fal dźwiękowych od znanych przeszkód w pomieszczeniu, by wywołać na efekt przestrzenności. Tak działa między innymi technologia Dolby Atmos stosowana na przykład w soundbarach.

Nie mniej istotnym zagadnieniem jest sterowanie opóźnieniem emitowanego dźwięku, co przy odpowiednio dobranych parametrach pozwala na kształtowanie sceny dźwiękowej. Naukowcy z uniwersytetów w Sussex i Bristolu osiągnęli ten efekt niewielkim kosztem za pomocą metamateriałów.

W przeciwieństwie do metamateriałów stosowanych dla fal świetlnych, mamy tu metamateriał, który zbudowany jest z kostek w makroskali. Kostka niejako zawija przestrzeń i wpływa na szybkość z jaką fala dźwiękowa porusza się w danym kierunku. Poniższe wideo pokazuje jak przepuszczając dźwięk przez taki metamateriał możemy nadać falom odpowiedni kształt, co pozwala wywołać na przykład zjawisko lewitowania w polu akustycznym.

Kształtowanie pola dźwięku znajduje zastosowanie w medycynie, gdzie na przykład dokładnie ukierunkowane wiązki ultradźwięków służą do usuwania kamieni nerkowych. Ultradźwięki znajdują także zastosowanie w obrazowaniu tkanek wewnętrznych.

Odpowiednio ukierunkowany i wzmocniony dźwięk może być także narzędziem do odstraszania, choć tutaj rodzą się wątpliwości, czy stosowanie urządzeń takich jak działa dźwiękowe, które stanowią zagrożenie dla naszego słuchu, jest etyczne.

Bliskim nam zastosowaniem kształtowania dźwięku są technologie audio, które pozawalają stworzyć na przykład punkty, w których słyszymy dźwięk, albo dokładnie manipulować rozchodzeniem się dźwięku w domowych systemach audio.

W tych wszystkich zastosowaniach mogą okazać się pomocne właśnie metamateriały. Pokazane przykłady pozwalają generować statyczne pole dźwiękowe, ale już prowadzone są prace by system uczynić rekonfigurowalnym. Bo tylko wtedy takie zabawy z dźwiękiem będą przydatne poza laboratorium lub festiwalami nauki.

Źródło: Interact Lab