Het stemmen van de instrumenten die enkele van onze meest onuitwisbare geluidsgolven produceren:gitaren, piano's, stembanden - is gemeengoed geworden, verwacht, eenvoudig.

Het afstemmen van de oppervlakken overspoeld met die golven, live? Een veel lastiger voorstel. Maar een golfveranderend prototype van de collega's van Mehrdad Negahban en Peking University van de Universiteit van Nebraska-Lincoln zou de weg kunnen wijzen - en kunnen worden gebruikt in toepassingen die variëren van het vergroten van signalen tot het desoriënteren van tegenstanders.

"We leven in een wereld vol geluidsgolven die ons helpen communiceren, trianguleren en evalueren, " zei Negahban, hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde. "Onze oren laten ons de bron van geluiden trianguleren. Luisteren naar de weerkaatsingen van geluidsgolven helpt ons de eigenschappen van het oppervlak waarvan ze weerkaatsen te karakteriseren.

"Wat als we ze naar believen zouden kunnen veranderen? Kunnen we dit oppervlak gebruiken om een ​​bron te verhullen of een illusie te creëren?"

Hoewel het potentieel verleidelijk is, het ontwerp van het prototype is relatief eenvoudig:een oppervlak van 32 verticale kanalen, elk verbonden met resonatoren die kunnen worden aangepast via horizontale T-vormige schuifregelaars.

Door de schuiven te verlengen of in te trekken om de overeenkomstige pijpen te verkleinen of te verbreden, het team toonde aan dat het prototype de geluidsgolven die door het oppervlak gaan dynamisch kan omleiden.

"Het is zo'n simpel idee, "Zei Negahban. "Het enige wat je hoeft te doen is deze schuifregelaars aanpassen."

Hoewel het idee van technische materialen of oppervlakken om geluidsgolven strategisch te breken, goed ingeburgerd is, de meeste bestaande ontwerpen zijn statisch, zei de ploeg.

"Veel van wat ze hebben gedaan is niet afstembaar, ' zei Negahban. 'We keken ernaar en zeiden:"We kunnen een manier bedenken om dit ding onder controle te krijgen."

Computersimulaties uitgevoerd door Zhong Chen van de Universiteit van Peking, een doctoraal alumnus van Nebraska, stelde het team in staat te voorspellen hoe elke configuratie van de pijpen de brekingshoek van de golven zou veranderen. Hoewel het team de configuraties van zijn 3D-geprinte plexiglas-prototype met de hand aanpaste, het opnemen van een elektronisch regelsysteem zou gebruikers in staat stellen om gemakkelijk on-the-fly aanpassingen te maken, hij zei.

Diezelfde simulaties boden een voorproefje van wat mogelijk is wanneer een vast oppervlak geluidsgolven dynamisch kan breken op manieren die de verwachtingen schenden. Bepaalde cirkelvormige configuraties kunnen luisteraars of akoestische signaallezers het gevoel geven dat een structuur zich ergens anders bevindt dan de werkelijke locatie, en gebruikers in staat stellen de dummy-locatie in realtime te wijzigen. Andere configuraties zouden luisteraars kunnen laten geloven dat een stationaire structuur in beweging is, of vice versa.

"Eigenlijk, je zou het kunnen laten lijken alsof er iets niet is, of het is ergens waar het niet is, "Zei Negahban. "Dat zou militaire toepassingen kunnen hebben. Blijkbaar, als iemand hem wil slaan, je wilt dat ze de verkeerde plek raken."

Alternatief, het ontwerp zou geluidsgolven kunnen focussen op ongeveer dezelfde manier waarop holle handen een stem helpen dragen of een optische lens focust golven van zichtbaar licht om hun signaal op een bepaald punt te vergroten, zei Negahban. In tegenstelling tot een radiaal uitzettende golf, die veel energie verliest tijdens het reizen, een gerichte golf behoudt zijn energie beter en kan daardoor grotere afstanden afleggen met behoud van een nuttig signaal, hij zei.

"Je zou veel kunnen doen met deze golven, ', zei Negahban. 'Je vraagt ​​je bijna af waarom we dit niet eerder deden, maar ik veronderstel dat we gewoon verstrikt waren in andere dingen."

Het team publiceerde zijn resultaten in de Journal of Physics D:Applied Physics .