Neue akustische Metasurface erzeugt private Bass-Blase

Das Gerät lenkt Schallwellen in einen begrenzten Bereich, der etwas größer als ein Zoll ist. Außerhalb dieses schmalen Bereichs lässt sich der Schall schnell abklingen. Konzentrierte Schallblasen: Herkömmliche Lautsprecher verteilen Schall in alle Richtungen.

Selbst gerichtete Systeme verlieren oft die Privatsphäre, da Schall an nahegelegenen Oberflächen reflektiert wird. Bestehende parametrische Lautsprecherarrays haben zudem Schwierigkeiten mit tiefen Bässen.

Jee Woo Kevin Kim, ein Doktorand für Akustik und leitender Autor der Studie, erklärte, dass aktuelle Systeme in kontrollierten Umgebungen gut funktionieren, jedoch anderswo an Herausforderungen stoßen. „Diese Arrays sind so gerichtet, dass der Schallstrahl, sobald er auf eine Oberfläche trifft, in alle Richtungen des Raumes reflektiert werden kann", sagte Kim.

Technik, Energie und Einsatz

Er fügte hinzu, dass dies die Privatsphäre beeinträchtigen und das Hörerlebnis bei basslastiger Musik mindern kann. Das Team wandte sich daher akustischen Metasurfaces zu, um das Problem zu lösen. Diese ingenieurtechnisch hergestellten Materialien können Wellen durch sorgfältig gestaltete Strukturen manipulieren.

Forscher können sie zudem mit herkömmlichen 3D-Druckern herstellen.

Yun Jing, Professor für Akustik an der Penn State University, erläuterte, dass die Metasurface ähnlich wie eine Linse wirkt. „Die Oberfläche moduliert die Schallwellen so, dass sie nach dem Verlassen des Lautsprechers an einem zentralen Punkt konvergieren", sagte Jing. „Dies ermöglicht es uns, den Schall auf einen präzisen Bereich zu fokussieren." Kleinere Lautsprecher, tieferer Bass Frühere Experimente aus Jing's Labor nutzten mehrere Ultraschall-Lautsprecher-Arrays, um eine private Hörzone zu erzeugen.

Einordnung fuer Autofahrer

Diese Systeme erforderten jedoch komplexe Signalverarbeitung und verbrauchten mehr Energie. Das neue Design verfolgt einen einfacheren Ansatz. Die 3D-gedruckte Metasurface lenkt die Schallwellen passiv in einen festen Brennpunkt. Sie benötigt keine zusätzlichen elektronischen Komponenten oder fortgeschrittene Signalsteuerungen.

Die Forscher befestigten die sechszöllige kreisförmige Metasurface an einem Array. Während der Tests erzeugte die Anordnung einen Hörpunkt etwa vier Zoll entfernt spielte elektronische Musik mit starken Bassfrequenzen ab und bewegte ein Mikrofon im Bereich des Brennpunkts. Innerhalb des gezielt markierten Bereichs erfass das Mikrofon kristallklaren Audio.

Das Verschieben der Quelle lediglich um zwei Zoll reduzierte den Schallpegel drastisch um nahezu 50 Dezibel. Das System bewältigte zudem tiefere Frequenzen besser als viele bestehende Richtlautsprecher. Tests zeigten, dass es Töne bis hinab zu 38 Hertz wiedergeben kann – nahe an der unteren Grenze des menschlichen Hörbereichs.

Technik und Auswirkungen

Kim erklärte, dass diese Leistung Unternehmen ermöglichen könnte, kompaktere Soundsysteme zu entwickeln, ohne die Audioqualität zu beeinträchtigen. Kommerzielle Anwendungen in der Zukunft Die Forscher glauben, dass die Technologie eine breite Palette kommerzieller Anwendungen unterstützen könnte.

Öffentliche Informationsstände, Geldautomaten und Ticketautomaten könnten private Anweisungen ohne Kopfhörer ausgeben. Fahrzeuge könnten es zudem ermöglichen, dass Passagiere gleichzeitig unterschiedliche Audioströme hören. Kim sagte, dass Hersteller die Metasoberfläche kostengünstig mit Kunststoffformen oder 3D-Druckern herstellen könnten.

Dies könnte die Technologie für Consumer-Geräte einfacher skalierbar machen. Jia-Xin Zhong, ein Postdoktorand für Akustik an der Penn State University, leistete ebenfalls einen Beitrag zur Forschung. Die USA Die National Science Foundation hat die Arbeit finanziert. Die Studie wurde in der Zeitschrift IEEE Transactions on Ultrasonics veröffentlicht.