Door in wezen de toonhoogte van geluidsgolven te verlagen, Technische onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben een manier bedacht om grotere hoeveelheden gegevens uit akoestische velden te ontsluiten dan ooit tevoren.

Die aanvullende informatie zou de prestaties van passieve sonar- en echolocatiesystemen voor het detecteren en volgen van tegenstanders in de oceaan kunnen verbeteren, medische beeldvormingsapparatuur, seismische landmeetsystemen voor het lokaliseren van olie- en minerale afzettingen, en mogelijk ook radarsystemen.

"Akoestische velden zijn onverwacht rijk aan informatie dan doorgaans wordt gedacht, " zei David Dowling, een professor in UM's Department of Mechanical Engineering.

Hij vergelijkt zijn benadering met het oplossen van het probleem van de menselijke sensorische overbelasting.

Zittend in een kamer met je ogen dicht, u zou weinig moeite hebben om iemand te lokaliseren die op normaal volume tegen u praat zonder te kijken. Spraakfrequenties bevinden zich precies in de comfortzone voor het menselijk gehoor.

Nutsvoorzieningen, stel je voor dat je in dezelfde ruimte bent als er een rookmelder afgaat. Dat irritante gekrijs wordt opgewekt door geluidsgolven bij hogere frequenties, en te midden van hen, het zou moeilijk voor u zijn om de bron van het gekrijs te lokaliseren zonder uw ogen te openen voor aanvullende zintuiglijke informatie. De hogere frequentie van het geluid van de rookmelder creëert richtingsverwarring voor het menselijk oor.

"Met de technieken die mijn studenten en ik hebben ontwikkeld, kan zo ongeveer elk signaal worden verschoven naar een frequentiebereik waar je niet langer in de war bent, " zei Dowling, wiens onderzoek voornamelijk wordt gefinancierd door de Amerikaanse marine.

Marine-sonararrays op onderzeeërs en oppervlakteschepen hebben te maken met een soortgelijk soort verwarring als ze zoeken naar schepen op het oceaanoppervlak en onder de golven. Het kunnen detecteren en lokaliseren van vijandelijke schepen op zee is een cruciale taak voor marineschepen.

Sonararrays zijn meestal ontworpen om geluiden in specifieke frequentiebereiken op te nemen. Geluiden met frequenties die hoger zijn dan het beoogde bereik van een array kunnen het systeem in de war brengen; het kan mogelijk de aanwezigheid van een belangrijk contact detecteren, maar het nog steeds niet vinden.

Elke keer dat geluid wordt opgenomen, een microfoon neemt de rol van het menselijk oor over, het waarnemen van de geluidsamplitude zoals deze in de tijd varieert. Via een wiskundige berekening die bekend staat als een Fourier-transformatie, geluidsamplitude versus tijd kan worden omgezet in geluidsamplitude versus frequentie.

Met het opgenomen geluid vertaald in frequenties, Dowling past zijn techniek toe. Hij combineert wiskundig elke twee frequenties binnen het opgenomen frequentiebereik van het signaal, om informatie buiten dat bereik te onthullen op een nieuwe, derde frequentie die de som of het verschil is van de twee ingangsfrequenties.

"Deze informatie op de derde frequentie is iets dat we traditioneel niet eerder hebben gehad, " hij zei.

In het geval van een sonararray van een marineschip, die aanvullende informatie zou het mogelijk kunnen maken om het schip of de onderwateruitrusting van een tegenstander betrouwbaar te lokaliseren van verder weg of met opnameapparatuur die niet is ontworpen om het opgenomen signaal te ontvangen. Vooral, het zou mogelijk zijn om de afstand en diepte van een tegenstander op honderden kilometers afstand - ver achter de horizon - te volgen.

En wat goed is voor de marine, kan ook goed zijn voor medische professionals die delen van het lichaam onderzoeken die het moeilijkst te bereiken zijn. zoals in de schedel. evenzo, seismische onderzoeken op afstand die de aarde doorzoeken op zoek naar olie- of minerale afzettingen kunnen ook worden verbeterd.

"De wetenschap die zich bezighoudt met biomedische echografie en de wetenschap die wordt gebruikt voor marine-sonar, zijn bijna identiek, Dowling zei. "De golven die ik bestudeer zijn scalair, of longitudinaal, golven. Elektromagnetische golven zijn transversaal, maar die volgen soortgelijke vergelijkingen. Ook, seismische golven kunnen zowel transversaal als longitudinaal zijn, maar nogmaals, ze volgen soortgelijke vergelijkingen.

"Er is veel potentiële wetenschappelijke raakvlakken, en ruimte om deze ideeën uit te breiden."

De studie is gepubliceerd in de huidige editie van Fysieke beoordeling Vloeistoffen .