Динамік навчили відстежувати переміщення конкретної людини і фокусувати на ньому звук

Британські інженери створили пристрій, який за допомогою двох акустичних метаматеріалів і камери дозволяє фокусувати звук на певній людині, стежачи за його переміщеннями. Присвячена розробці доповідь була представлена на конференції SIGGRAPH 2019.

Оскільки поширення звуку залежить від середовища, в якому воно відбувається, вчені давно почали створювати акустичні метаматеріали. Наприклад, існує акустичний діод, який, подібно до звичайного напівпровідникового діоду, дає звуковим коливаннями поширюватися тільки в одному напрямку. Крім того, деякі акустичні метаматеріали ведуть себе подібно оптичним лінзам, що ламають світло певним чином.

Інженери з Університету Сассекса під керівництвом Араша Пуряздана (Arash Pouryazdan) використовували вже відомі раніше метаматеріали для створення автоматичної системи фокусування звуку на певній людині. Система складається з колонки і двох розташованих перед нею акустичних лінз, відстань між якими можна змінювати за допомогою електромоторів.

На відміну від оптичних лінз, акустичні лінзи, використані в роботі, неоднорідні. Така лінза являє собою пластину з безліччю отворів. Особливість пластини полягає в тому, що ці отвори мають незвичайну форму, наприклад, ребра на стінках. Крім того, розмір цих отворів можна порівняти з довжиною хвилі. Звук, що падає на пластину, проходить через перешкоди, і виходить з отворів з різними фазами. Завдяки цьому він фокусується в одній області подібно до того, як промені фокусуються в одній точці після проходження через звичайну лінзу, що збирає.

У вибраній інженерами схемі використовуються дві лінзи, змінюючи відстань між якими можна змінювати фокусну відстань такого об'єктива. Автори використовували простий алгоритм, який відстежує становище людини. Спочатку він запам'ятовує його розмір на зображенні з веб-камери, а потім, використовуючи ці дані як калібрувальні, розраховує відносну відстань і змінює фокусну відстань системи.

Крім того, інженери створили акустичну призму, яка здатна подібно до звичайної призми «розкладати» звук на окремі частоти, направляючи їх в різні боки. Варто зазначити, що подібні властивості акустичних матеріалів були помічені ще давно іншими групами вчених.

Подібні пластини з акустичного метаматеріалу раніше використовували для незвичайних застосувань. Наприклад, минулого року інша група інженерів, до якої входив один з авторів нової роботи, створила акустичний левітатор, здатний утримувати в повітрі предмет, навіть якщо між ними є третій об'єкт. Робота левітатора заснована на тому, що лінза з акустичного метаматеріалу змушує звук з випромінювачів огинати перешкоду.