Британские инженеры создали устройство, которое с помощью двух акустических метаматериалов и камеры позволяет фокусировать звук на определенном человеке, следя за его перемещениями. Посвященный разработке доклад был представлена на конференции SIGGRAPH 2019.
Поскольку распространение звука зависит от среды, в которой оно происходит, ученые давно начали создавать акустические метаматериалы. Например, существует акустический диод, который, подобно обычному полупроводниковому диоду, дает звуковым колебаниями распространяться только в одном направлении. Кроме того, некоторые акустические метаматериалы ведут себя подобно оптическим линзам, преломляющим свет определенным образом.
Инженеры из Университета Сассекса под руководством Араша Пуряздана (Arash Pouryazdan) использовали уже известные ранее метаматериалы для создания автоматической системы фокусирования звука на определенном человеке. Система состоит из колонки и двух расположенных перед ней акустических линз, расстояние между которыми можно менять с помощью электромоторов.
В отличие от оптических линз, акустические линзы, использованные в работе, неоднородны. Такая линза представляет собой пластину с множеством отверстий. Особенность пластины заключается в том, что эти отверстия имеют необычную форму, например, ребра на стенках. Кроме того, размер этих отверстий соизмерим с длиной волны. Звук, падающий на пластину, проходит через препятствия, и выходит из отверстий с разными фазами. Благодаря этому он фокусируется в одной области подобно тому, как лучи фокусируются в одной точке после прохождения через обычную собирающую линзу.
В выбранной инженерами схеме используются две линзы, меняя расстояние между которыми можно менять фокусное расстояние такого объектива. Авторы использовали простой алгоритм, который отслеживает положение человека. Изначально он запоминает его размер на изображении с веб-камеры, а затем, используя эти данные как калибровочные, рассчитывает относительное расстояние и меняет фокусное расстояние системы.
Кроме того, инженеры создали акустическую призму, которая способна подобно обычной призме «разлагать» звук на отдельные частоты, направляя их в разные стороны. Стоит отметить, что подобные свойства акустических материалов были замечены еще давно другими группами ученых.
Подобные пластины из акустического метаматериала ранее использовали для необычных применений. Например, в прошлом году другая группа инженеров, в которую входил один из авторов новой работы, создала акустический левитатор, способный удерживать в воздухе предмет, даже если между ними есть третий объект. Работа левитатора основана на том, что линза из акустического метаматериала заставляет звук из излучателей огибать препятствие.
Григорий Копиев