Традиционные динамики излучают звук во все стороны, а даже «направленные» акустические системы страдают от отражений: звук отражается от стен, потолка и пола и все равно распространяется по помещению. Технология направленного излучения звука плохо воспроизводит низкие частоты, к тому же, при соприкосновении с поверхностью звуковой луч отражается по всей комнате.

Команда физиков из Университета Пенсильвании использовала напечатанную на 3D принтере акустическую метаповерхность — структуру с микроскопическим структурами меньше длины звуковой волны. Она действует как линза для звука: пассивно модулирует волны, заставляя их сходиться в фокусе на расстоянии около 10 см от источника. В отличие от активных систем с цифровой обработкой сигналов, метаповерхность не требует питания и сложной электроники — она просто изменяет фазу волн благодаря своей геометрии, сообщает IE.

В ходе экспериментов ученые прикрепили круглую метаповерхность диаметром около 15 см к массиву ультразвуковых динамиков. Микрофон, помещенный в фокус (примерно в 10 см от источника), записывал чистый звук — включая электронную музыку с мощными басами. При смещении микрофона всего на 5 см уровень звука падал на 50 дБ (это разница между рок-концертом и тихим офисом). Что касается низких частот, то система воспроизводила их вплоть до 38 герц — это почти нижний порог слышимости человека. Для сравнения: многие системы направленного звука «срезают» все ниже 100–150 Гц, лишая музыку басов.

Авторы видят несколько сценариев применения изобретения: приватное голосовое сопровождение банковских операций без наушников; отдельные звуковые зоны в салоне автомобиля или в общественном транспорте; любые другие места, в которых локальный шум может помешать окружающим. Кроме того, поскольку метаповерхность можно производить методом литья под давлением или 3D-печатью из пластика, себестоимость потенциально низкая.

Сейчас исследователи работают над изменением фокусного расстоянии путем модификации метаповрехности. Также они планируют интегрировать технологию в смартфоны и ноутбуки. Главное ограничение изобретения — очень маленькая зона слышимости. Для движущегося слушателя (например, человека, идущего по улице) она бесполезна. Но для стационарного применения (терминалы, автомобильные кресла) это готовое решение.

Американские исследователи разработали акустический метаматериал с изменяемыми свойствами, способный управлять звуковыми волнами, изгибая, ослабляя или фокусируя их. Более того, он обладает способностью настраиваться в реальном времени, используя практически бесконечное количество возможных форм.