аушники дают приватность на рабочем месте, но за это приходится расплачиваться физическим комфортом: полноразмерные амбушюры к середине дня превращаются в миниатюрные сауны, а силиконовые затычки начинают невыносимо давить в ушных каналах еще до второго созвона. Переход на обычные настольные колонки снимает усталость, но заставляет всех в радиусе десяти шагов слушать ваши звонки и музыку. Исследователи из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) в публикации журнала Nature Communications предложили изящный выход: компактный направленный динамик MiPAL, который посылает узкий звуковой луч прямо в уши конкретному человеку, не беспокоя соседа рядом.
Как один излучатель заменил огромную решетку
Обычные колонки рассеивают волны давления широкими сферами, заполняя звуком всю комнату. Сама концепция направленного звука не нова, однако прежние параметрические акустические излучатели опирались на громоздкие сетки из десятков или даже сотен пьезоэлектрических элементов. Такие конструкции выходили слишком дорогими, хрупкими и прожорливыми по питанию для повседневной потребительской техники.
Если традиционным направленным колонкам требуются десятки или даже сотни ультразвуковых излучателей, система MiPAL справляется с задачей с помощью всего одного преобразователя, что существенно упрощает железо.
Команда POSTECH обошла проблему массивных решеток с помощью акустических метаматериалов — специально созданных структур, меняющих физику прохождения волн. Один пьезоэлектрический преобразователь посылает высокочастотный ультразвук через особую метаповерхность на передней панели, которая выстраивает волновой фронт в узкий пучок, подобный лазерному лучу. Тем временем упругие метаэлементы на задней стенке глушат паразитные механические колебания, предотвращая утечку звука по бокам. Когда эти ультразвуковые волны проходят сквозь воздух, за счет естественных нелинейных взаимодействий луч сам преобразуется в слышимый диапазон от 500 Гц до 10 кГц, перекрывая человеческую речь и большинство музыкальных инструментов.
Самолеты, офисы и вопрос громкости
Практическое применение технологии очевидно: инженеры POSTECH протестировали новинку на макете салона самолета, где один пассажир слушал речь и музыку, пока на соседнем кресле сохранялась полная тишина. Подобные модули можно легко встроить в компьютерные мониторы, автомобильные подголовники или офисные перегородки open-space, избавив людей от вечной усталости от наушников без трансляции личного аудио на весь этаж.
Главное текущее ограничение — громкость. Лабораторный прототип пока не дотягивает по уровню децибел до стандартных настольных колонок, поэтому прямо сейчас заменить привычную аудиосистему он не сможет. До полок магазинов устройству еще далеко, но корейские ученые доказали, что точечная доставка звука больше не требует громоздких и дорогих установок.