فناوری صوتی نوین، راهی برای شنیدن خصوصی صداها بدون هدفون

فناوری صوتی نوین، راهی برای شنیدن خصوصی صداها بدون هدفون

ایدهٔ کنترل دقیق صدا مدت‌هاست که در آثار علمی-تخیلی و فانتزی به چشم می‌خورد. در رمان مشهور تل‌ماسه  (Dune) «مخروط سکوت» به شخصیت‌ها اجازه می‌دهد در مکان‌های عمومی به‌صورت خصوصی صحبت کنند.

به گزارش نیوزلن و به نقل از ساینس نیوز، جالب آنکه در فیلم بلید رانر 2049 نیز شاهد بیلبوردهایی هستیم که تبلیغات را مستقیماً در گوش عابران زمزمه می‌کنند.
 
در دنیای واقعی نیز ویژگی‌های معماری، چه عمدی و چه اتفاقی، می‌توانند باعث تمرکز صدا در نقاط خاصی شوند. برای نمونه، در تالار مجسمه‌ها در ساختمان کنگرهٔ آمریکا، یک نجوا می‌تواند بی‌صدا از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل شود؛ پدیده‌ای که ناشی از تعامل موج‌های صوتی با سطوح منحنی است. این ویژگی‌ها، الهام‌بخش تلاش‌های علمی برای هدایت دقیق صدا شده‌اند.
 
گفته می‌شود یکی از چالش‌های اصلی این تلاش‌ها، خاصیت پخش‌پذیری فرکانس‌های شنیداری انسان است. محدودهٔ شنوایی انسان که بین ۲۰ تا ۲۰هزار هرتز قرار دارد، نسبت به فرکانس‌های بالاتر مانند فراصوت، به‌مراتب بیشتر در فضا پراکنده می‌شود.

این ویژگی باعث می‌شود که مکالمات به‌راحتی شنیده شوند، حتی اگر طرفین قصد گفت‌وگوی خصوصی داشته باشند.
 
در سال ۲۰۱۹، گروهی از پژوهشگران تلاش کردند با استفاده از لیزر، صدا را به‌صورت هدفمند منتقل کنند. در این روش، نور لیزر هنگام برخورد با بخار آب در هوا به صدا تبدیل می‌شود.

اما این روش، با آنکه نوآورانه بود، محدودیت‌هایی داشت؛ از جمله اینکه صدا در تمام مسیر پرتو شنیده می‌شد و نمی‌شد محل شنیدن را به‌طور دقیق کنترل کرد.
 
در رویکردی دیگر، دانشمندان به استفاده از امواج فراصوت روی آوردند. اگرچه این امواج برای انسان قابل شنیدن نیستند، اما پدیده‌ای به نام «برهم‌کنش‌های غیرخطی» به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به شکل غیرمستقیم، صداهای قابل‌شنیدن تولید کنند.

وقتی دو موج فراصوت با یکدیگر تلاقی می‌کنند، ترکیب آن‌ها می‌تواند موجی با فرکانس قابل‌شنیدن بسازد که دقیقاً در محل تلاقی شنیده می‌شود.
 
برای درک ساده‌تر این پدیده، به صدای جِزجِز روغن داغ فکر کنید. زمانی که قطرات آب وارد روغن داغ می‌شوند، انفجارهای ریز بخار ایجاد می‌کنند که با تولید امواج فراصوت، در نهایت به صدایی که می‌شنویم تبدیل می‌شوند.
 
در قرن بیستم، ارتش ایالات متحده از این پدیده برای ساخت بلندگوهایی بهره گرفت که صدا را در مسیر مشخصی هدایت می‌کردند. در ادامه، شرکت‌هایی مانند Holosonics این فناوری را تجاری‌سازی کردند. با این حال، این سیستم‌ها هنوز هم خصوصی نبودند؛ چرا که هر کسی در مسیر موج می‌توانست صدا را بشنود.
 
اما پژوهشی تازه، افق تازه‌ای را گشوده است. دکتر «یون جینگ» (Yun Jing)، پژوهشگر آکوستیک در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید: «این فناوری مثل هدفون نامرئی عمل می‌کند.» به‌گفتهٔ او، اگر در نقطهٔ مناسب بایستید، می‌توانید موسیقی یا صدایی را بشنوید، درحالی‌که فردی در چند قدمی شما، هیچ چیزی نمی‌شنود.
 
در این پروژه، پژوهشگران از متاسطح‌های آکوستیکی استفاده کرده‌اند؛ موادی که با ساختارهای تکرارشونده و ریز، قادر به تغییر رفتار موج‌های صوتی هستند. به‌گفتهٔ دکتر «مایکل هابِرمن» (مهندس مکانیک از دانشگاه تگزاس در آستین)، متاسطح‌ها مانند لنزهای نازکی عمل می‌کنند که می‌توانند موج صوت را خم کرده، متمرکز یا منحرف کنند.
 
تیم دکتر جینگ با چاپ سه‌بعدی پنل‌هایی که مسیرهای زیگزاگ برای عبور هوا داشتند، موفق شد امواج فراصوت را به مسیرهای منحنی هدایت کند. سپس با پوشاندن دو بلندگو با لایه‌ای از این متاسطح، امواج صوتی به‌گونه‌ای هدایت شدند که در نقطه‌ای خاص با هم برخورد کرده و تنها در همان نقطه، صدا شنیده شود.
 
او می‌افزاید: «کیفیت صدا هنوز خیلی بالا نیست؛ چون از یک مبدل ۴ دلاری استفاده کردیم. اما هدف ما فقط اثبات امکان‌پذیری بود، و حالا می‌دانیم که شدنی است.»
 
گفتنی است، چنین فناوری‌هایی در صورت توسعهٔ کامل، می‌توانند نقش مهمی در کاهش آلودگی صوتی ایفا کرده و انقلابی در نحوهٔ تعامل انسان با صوت و محیط اطراف ایجاد کنند.