На представленном изображении объект, расположенный в центре, окружен кольцом динамиков, а все это, в свою очередь, охвачено кольцом микрофонов. Звуковые волны, доносящиеся до нас, формируются не только за счет непосредственного источника звука, но и за счет эхо – отражения от окружающих предметов. Это явление обуславливает различия в восприятии живой музыки в зависимости от акустических характеристик помещения. Принцип эха также лежит в основе работы таких приборов, как эхолоты. Некоторые исследователи стремятся к созданию активных методов управления звуковыми волнами с целью формирования у слушателя не соответствующих реальности акустических впечатлений. В качестве примера можно привести акустическое маскирование объектов путем подавления отраженных от них звуковых волн.
Традиционные, пассивные методы, такие как специальная отделка поверхностей, препятствующая отражению волн, обладают ограниченной гибкостью и неэффективны во всем диапазоне частот.
Активные методы управления звуком предполагают добавление специально сконструированного слоя звуковых волн. Однако их возможности также ограничены и зависят от предсказуемости исходного звукового поля.
Теперь же группа учёных из Швейцарской высшей технической школы Цюриха совместно со специалистами из Эдинбургского университета разработали новую концепцию, улучшающую методы активной звуковой маскировки. В своей работе они описывают, как им удалось акустически скрыть существовавшие предметы, а также создать иллюзию присутствия предметов, которых на самом деле в комнате не было.
Эксперименты проводились в лаборатории, где учёные смогли добиться эффекта акустического «исчезновения» предметов размера порядка 12 см, или же «появления» несуществующих предметов примерно такого же размера.
Скрываемый объект заключён в кольцо из микрофонов (контрольных датчиков), внутри которого находится кольцо из динамиков (контрольных источников). Датчики регистрируют внешние акустические сигналы, доходящие до объекта. На основе измерений компьютер вычисляет, какие вторичные звуки нужно выдать динамикам, чтобы соответствующим образом дополнить изначальное звуковое поле.
Для маскировки объекта контрольные источники испускают сигнал, ликвидирующий звуковые волны, отражаемые объектом. Для симуляции наличия объекта (звуковой голографии), контрольные источники отправляют в акустическое поле сигналы, соответствующие отражённым от объекта звуковым волнам.
Для работы системы требуется очень быстрая обработка и генерация сигналов. Экспериментаторы использовали для этой цели FPGA с крайне малым временем ответа.
По словам лидера группы исследователей Йохана Робертсона, их лаборатория позволяет манипулировать акустическим полем в диапазоне более трёх с половиной октав. Максимальной частотой для скрытия объекта будет 8700 Гц, а для симулирования – 5900 Гц. По мнению Робертсона, подобная технология может найти использование в разработке акустических датчиков, архитектуре, коммуникациях и образовании.
Также она может пригодиться в геологии. В лабораториях свойства минералов проверяют при помощи звуков частотой более 10 кГц, а в поле – с частотой менее 100 Гц. Новая технология позволит «закрыть» этот промежуток.
Автор: Вячеслав Голованов
Источник: https://habr.com/
