لقد طبع علماء الصوتيات شبكة مكبر صوت تركز الصوت في نقطة ضيقة

يمكن لعشاق الموسيقى السيئة الآن تشغيل مقطوعاتهم المفضلة بصوت عالٍ دون خوف من اللوم من الآخرين – وليس كذلك تدمر أذنيك سماعات الرأس. تم اختراع عدسة صوتية في جامعة ولاية بنسلفانيا.

تم وصف التطور في المجلة معاملات IEEE على الموجات فوق الصوتية. وهي عبارة عن شبكة ذات شكل خاص تعمل، عند وضعها أمام مكبر الصوت، على تركيز الموجات الصوتية في نقطة ضيقة يقل قطرها عن بوصة واحدة – دون الحاجة إلى الطاقة.

عادة، تشع الموجات الصوتية من المصدر في كل الاتجاهات، كما يوضح المؤلف الأول للورقة جي وو كيفن كيم. مكبرات الصوت ذات المصفوفة البارامترية (PAL) استخدم الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة لضغط الصوت المسموع في شعاع ضيق يشبه الليزر. تُستخدم هذه الأجهزة بالفعل في المتاحف واستديوهات التسجيل لنقل المعلومات الصوتية بشكل غير مخفي، ولكن خارج هذه البيئات الخاصة تواجه الكثير من المشكلات.

يقول كيم: “إنها اتجاهية للغاية، فبمجرد أن يضرب الشعاع أي سطح، يرتد الصوت في جميع أنحاء الغرفة، لذلك يمكنك نسيان الخصوصية. بالإضافة إلى ذلك، فهي لا تنتج الترددات المنخفضة بشكل جيد، مما يفسد انطباع الموسيقى ذات الجهير القوي، على سبيل المثال”.

يقول البروفيسور يون جينغ، الذي قاد البحث، إن الأسطح المعدنية يمكن أن تحل المشكلة. هذا هو الاسم الذي يطلق على فئة من المواد القادرة على التحكم في الموجات – الضوء والصوت والحرارة وغيرها – بسبب بنيتها الدقيقة وحدها. من السهل طباعة الأسطح الصوتية باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد، وهي تُستخدم بالفعل على نطاق واسع لتوجيه الصوت في اتجاهات محددة، كما هو الحال في مكبرات الصوت.

يوضح البروفيسور: “لإنشاء سطح صوتي خارق، نأخذ مستوى كبيرًا يعمل كعدسة لتركيز شعاع الضوء. يقوم هذا المستوى بتعديل الموجات الصوتية بحيث تتقارب عند نقطة مركزية واحدة بعد مغادرة مكبر الصوت. وهذه هي الطريقة التي نركز بها الصوت في المنطقة المطلوبة”.

مختبره سابقا متطور طريقة لنقل الصوت إلى الأذنين من خلال تقاطع الموجات فوق الصوتية. لكن هذه الطريقة تتطلب جهازي PAL في وقت واحد، ولم يكن تحويل الموجات فوق الصوتية إلى صوت مسموع فعالاً للغاية.

يقوم السطح الخارق الجديد بتركيز الموجات الصوتية بشكل سلبي، بدون معالجة معقدة للإشارات وبدون كهرباء. ويقوم الغطاء المطبوع ثلاثي الأبعاد بتوجيه الصوت من السماعات إلى “فقاعة” ضيقة لا يمكن سماعها إلا داخل مساحة يبلغ عرضها حوالي ثلاثة سنتيمترات وارتفاعها أقل من سنتيمتر واحد.

يؤكد جينغ: “في تصميمنا، تم تثبيت النقطة المحورية في الفضاء، لكن الطبيعة السلبية للمكون تسمح لنا بتقليل تكلفة تصنيع وتنفيذ السطح الصوتي الصوتي بشكل كبير”.

في الاختبارات، تمت تغطية مكبر صوت PAL بعدسة صوتية، وتم تشغيل الموسيقى الإلكترونية ذات الجهير القوي من خلالها، وتم تحريك الميكروفون ببطء أمام مصدر الصوت.

داخل النقطة المحورية، التقط الميكروفون صوتًا واضحًا وعالي الجودة. ولكن بمجرد تحريكه بضعة سنتيمترات، انخفض مستوى الصوت بشكل حاد، وأحيانًا بمقدار 50 ديسيبل.

بدت الموسيقى التي تنتجها PALs ذات الأسطح الفائقة جيدة في كل من الترددات العالية والمنخفضة – وهذا هو المكان الذي تحدث فيه مشكلات التركيز عادةً. أظهرت الاختبارات أن نظام السماعات هذا يعيد إنتاج الصوت الجهير بشكل فعال حتى 38 هرتز – وهو تردد لا يمكن التعامل معه إلا من خلال مكبرات الصوت الضخمة.

ويختتم كيم حديثه قائلاً: “يبلغ قطر السطح الصوتي الصوتي حوالي 15 سم، أي بحجم لوحة صغيرة تقريبًا، ويمكن تطبيقه مباشرة على سطح أي جهاز PAL. ونعتقد أن هذه التكنولوجيا تتمتع بإمكانات تجارية هائلة – كل ما يتطلبه الأمر هو طابعة ثلاثية الأبعاد أو قالب لإنتاج مثل هذه المكونات بكميات كبيرة”.

ستكون هذه التكنولوجيا مفيدة ليس فقط لمحبي الموسيقى السيئة، ولكن أيضًا حيثما يكون الصوت الشخصي والخاص مفيدًا – في أجهزة الصراف الآلي، ومحطات الدفع، وشاشات عرض المعلومات، وكذلك في السيارات، بحيث يمكن للعديد من الأشخاص الاستماع في وقت واحد إلى مسارات صوتية مختلفة دون إزعاج بعضهم البعض.