Хабрахабр

В MIT научились передавать звук с помощью лазера

Группа исследователей из MIT представила новый метод передачи направленного звука при помощи лазера. Под катом, рассказываем, на чем построена эта технология.


Фото PxHere / PD

Лазер для передачи звука

Технология направленного звука, способная формировать аудиопоток, слышимый в небольшой области пространства, известна ещё с 1980-х годов. Однако звук от таких систем (в том числе современных) сложно назвать узконаправленным: в среднем он распространяется на зону диаметром в 50 сантиметров. Большой размер области покрытия ограничивает их применение.

Сегодня они используются для создания «аудиоточек» в музеях — чтобы посетители могли слушать лекции электронных гидов и не мешать другим — но не годятся для трансляции аудиопотока конкретному человеку на большом расстоянии.

Они предложили использовать для передачи направленного звука точно лазерный луч. Эту проблему решили инженеры из MIT. Этот процесс приводит к локальному повышению давления воздуха и возникновению звуковых колебаний. В основе их решения лежит фотоакустический эффект, когда водяной пар в атмосфере поглощает энергию света. Эти колебания человек способен воспринимать без дополнительного носимого оборудования.

Как это работает

В качестве источника излучения инженеры из MIT использовали тулиевый лазер, который обычно применяют в медицине и косметологии. Устройство способно генерировать излучение с длиной волны от 1900 до 2000 нм — ближний инфракрасный диапазон электромагнитного спектра. Решение применить тулиевый лазер связано с тем, что водяной пар в воздухе лучше всего поглощает волны именно этой длины. Ещё одна причина — свет с длиной волны 1900 нм безвреден для сетчатки глаза и кожи человека.

В первом методе задействован акустооптический модулятор — устройство, которое меняет интенсивность пропускаемого света. Разработчики предложили два способа передачи звука. Достоинством этого подхода стало довольно высокое качество передаваемого звука — исследователям удалось успешно воспроизвести запись речи и даже музыку. Оно состоит из стеклянной пластины, на которой при помощи пьезоэлектрического преобразователя создаётся бегущая ультразвуковая волна, меняющая интенсивность луча.

Оно перемещает лазерную точку в пространстве около слушателя со скоростью звука, что приводит к интерференции акустических сигналов и их усилению. Во втором способе передачи аудиоинформации вместо модулятора используется вращающееся зеркало.

Однако сам звук оказывается гораздо более громким — авторам удалось достигнуть значения в 60 дБ на расстоянии в 2,5 метра (в первом случае максимумом были 30 дБ). В этом случае качество звука хуже, чем в первом методе.

Пока что разработчикам не удалось создать систему, которая бы объединила достоинства — громкость и качество звука — обоих подходов. Но они продолжат работу в этом направлении. Инженеры планируют развивать метод на основе вращающегося зеркала. Решение связано с тем, что «сделать громче» звук в первом случае можно только за счет более мощного лазера, а он уже будет опасен для человека.

Другие методы передачи направленного звука

Идея использовать лазер для передачи звука на расстояние не нова. Подобную технологию предложили в Министерстве обороны США. Они использовали два оптических устройства: фемтосекундный лазер, который создает в воздухе шар плазмы, и нанолазер, настроенный на узкий диапазон длин волн и генерирующий в этом шаре звуковые колебания.

Устройство планируют применять для защиты секретных объектов от посторонних. В результате в воздухе раздается неприятный шум, похожий на звук сирены.


Фото D-Kuru / CC BY-SA

Несколько лет назад группа исследователей из университета Иллинойса в Чикаго изучала возможность передачи аудиосигнала с помощью аппарата МРТ, используя черепные кости человека в качестве «носителя» звуковых колебаний. Для передачи направленного звука также используют микроволны. Звуковые волны были недостаточно мощными для этого. Инженерам удалось передать явно различимые акустические щелчки, но сколько-нибудь сложные аудиозаписи воспроизвести не удалось.

Компания Noveto в прошлом году представила акустическую колонку, которая имеет 3D-сенсоры, отслеживающие положение головы слушателя. Еще одним способом воспроизведения аудиозаписей в небольшой области пространства является ультразвук. Затем она рассчитывает, в каком направлении и под каким углом нужно посылать ультразвуковые волны, чтобы создать у слушателя ощущение «виртуальных наушников».

Перспективы направленного звука

Сегодня направленный звук преимущественно используют на выставках или в рекламе. Однако ожидается, что в будущем он станет более эффективным маркетинговым инструментом. Например, колонки Noveto планируют использовать вместе с системой распознавания лиц для передачи таргетированных рекламных объявлений для прохожих на улице.

Например, решение инженеров из MIT предлагают использовать в системах персонального оповещения людей об опасностях, так как лазер способен транслировать звук на очень большие расстояния. С новыми методами передачи звука появятся и другие сферы их применения.

Дополнительное чтение из нашего «Мира Hi-Fi»:

Шума стало много, шума будет мало: звуковая гигиена в городах
Как превратить компьютер в радио

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть