Wetenschappers hebben apparaten gemaakt die geluid op dezelfde manier kunnen manipuleren als licht, waardoor opwindende nieuwe kansen ontstaan ​​op het gebied van entertainment en openbare communicatie.

Onderzoekers van de universiteiten van Sussex en Bristol hebben onthuld hoe de praktische wetten die worden gebruikt om optische systemen te ontwerpen, ook kunnen worden toegepast op geluid via akoestische metamaterialen tijdens de ACM CHI-conferentie over menselijke factoren in computersystemen.

De onderzoekers hebben het eerste dynamische metamateriaalapparaat gedemonstreerd met het zoomobjectief van een varifocaal voor geluid. Het projectteam heeft ook een collimator gebouwd, in staat om geluid uit te zenden als een gerichte straal van een standaard luidspreker.

De doorbraak heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de entertainmentindustrie en in vele aspecten van communicatie in het openbare leven door directionele sprekers te creëren die een persoon in een menigte kunnen bereiken.

Dr. Gianluca Memoli, Docent nieuwe interfaces en interacties aan de Universiteit van Sussex die dit onderzoek leidt, zegt:"Akoestische metamaterialen zijn normale materialen, zoals plastic of papier of hout of rubber, maar zo ontworpen dat hun interne geometrie het geluid vormt dat er doorheen gaat. Het idee van akoestische lenzen bestaat al sinds de jaren zestig en akoestische hologrammen beginnen te verschijnen voor ultrasone toepassingen, maar dit is de eerste keer dat geluidssystemen met lenzen van praktische afmetingen, vergelijkbaar met die voor licht, zijn onderzocht."

De technologie neemt alledaagse materialen zoals glas, hout en 3D-printer plastic en engineert ze om te controleren, direct, en golven op ongebruikelijke manieren manipuleren, meta-oppervlakken transformeren in zich gedragen als convergerende lenzen voor geluid.

Het onderzoeksteam gelooft dat de technologie een veelvoud aan mogelijkheden opent, inclusief de mogelijkheid om een ​​geluidslens als ontvanger te gebruiken om alarmerende geluiden te lokaliseren, zoals in een machine om een ​​fout te identificeren of binnen geselecteerde delen van een huis om een ​​inbreker die een raam breekt te onderscheiden van een blaffende hond op de achtergrond.

Bij het maken van een akoestische telescoop, de technologie heeft de mogelijkheid om in te zoomen op een enkele persoon in een menigte om akoestische berichten af ​​te leveren of te ontvangen.

De academici zijn ook van mening dat de technologie kan helpen om een ​​echt 360-graden geluidsdekking te bieden, zodat elk lid van het publiek de optimale luisterervaring heeft.

Letizia Chisari, die aan dit werk hebben bijgedragen tijdens een zomerstage in Sussex, toegevoegd:"In de toekomst akoestische metamaterialen kunnen de manier waarop we geluid leveren in concerten en theaters veranderen, ervoor te zorgen dat iedereen echt het geluid krijgt waarvoor ze hebben betaald. We ontwikkelen geluidsmogelijkheden die nog meer intimiteit met geluid kunnen brengen dan hoofdtelefoons, zonder dat je een koptelefoon nodig hebt."

De nieuwe technologie heeft onderscheidende voordelen ten opzichte van eerdere ontwikkelingen in geluidstechnologie.

Surround sound-systemen in bioscopen en thuisbioscopen hebben een beperkte auditieve sweet spot die beperkt is tot een smal luistergebied, terwijl audiospots duur zijn en momenteel geen geluid van hoge kwaliteit kunnen overbrengen.

Akoestische lenzen in ultrasone transducers en sommige high-end home audio zijn ontworpen om veel groter te zijn dan de golflengte, wat betekent dat het gebruik ervan beperkt is tot het hogere deel van het akoestische spectrum.

Metamaterialen zijn kleiner, goedkoper en gemakkelijker te produceren dan phased arrays en kunnen zelfs worden vervaardigd in recyclebare materialen. Metamateriaalapparaten leiden ook tot minder aberraties dan luidsprekerarrays, zelfs over beperkte bandbreedtes.

Jonathan Eccles, een student Computerwetenschappen aan de Universiteit van Sussex, zei:"Met een enkele luidspreker, we zullen alarmen kunnen afgeven aan mensen die zich op straat verplaatsen, zoals in de film Minority Report. Met behulp van een enkele microfoon, we zullen in staat zijn om naar kleine onderdelen van een machine te luisteren om te beslissen dat alles goed werkt. Onze prototypen, hoewel eenvoudig, de toegangsdrempel verlagen voor het ontwerpen van nieuwe geluidservaringen:apparaten op basis van akoestische metamaterialen zullen leiden tot nieuwe manieren van leveren, ervaren en zelfs denken aan geluid."

De paper VARI_SOUND:een varifocale lens voor geluid werd maandag gepresenteerd op de ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI 2019) in Glasgow.