Konec sluchátek? Nová 3D tištěná technologie vytváří soukromé zvukové zóny s plnými basy

Vědci z Pensylvánské státní univerzity (Penn State) vyvinuli novou metodu pro soukromý poslech zvuku bez použití sluchátek. Systém vytváří malou zvukovou bublinu, kterou slyší pouze posluchač v její těsné blízkosti, a to i ve sdílených prostorech.

Vědci z Pensylvánské státní univerzity (Penn State) vyvinuli novou metodu pro soukromý poslech zvuku bez použití sluchátek. Systém vytváří malou zvukovou bublinu, kterou slyší pouze posluchač v její těsné blízkosti, a to i ve sdílených prostorech. Tato technologie by mohla v budoucnu zásadně změnit způsob, jakým lidé poslouchají hudbu na veřejnosti, sledují videa v automobilech nebo interagují s digitálními kiosky.

Jádrem systému je 3D tištěný akustický metasurface, který směruje zvukové vlny do omezené oblasti o velikosti jen něco málo přes palec. Mimo tuto úzkou zónu zvuk rychle slábne. Tradiční reproduktory šíří zvuk do všech směrů a i směrové systémy často ztrácejí soukromí kvůli odrazům zvuku od okolních povrchů. Stávající parametrické reproduktory navíc mívají problémy s reprodukcí hlubokých basů.

Jee Woo Kevin Kim, doktorand akustiky a hlavní autor studie, vysvětlil, že současné systémy sice fungují dobře v kontrolovaném prostředí, ale jinde narážejí na potíže. Zvukový paprsek se po kontaktu s povrchem může odrazit po celé místnosti, což snižuje soukromí a zhoršuje poslechový zážitek, zejména u hudby s výraznými basy. Tým se proto zaměřil na akustické metasurfaces – speciálně navržené materiály, které dokážou manipulovat s vlnami a lze je vyrábět pomocí standardních 3D tiskáren.

Profesor akustiky Yun Jing z Penn State přirovnal funkci metasurface k čočce. Povrch moduluje zvukové vlny tak, že se po opuštění reproduktoru sbíhají v centrálním bodě, což umožňuje zaměřit zvuk do přesně vymezené oblasti. Předchozí experimenty Jingovy laboratoře sice také vytvářely soukromou poslechovou zónu pomocí více ultrazvukových reproduktorových polí, ale vyžadovaly složité zpracování a spotřebovávaly více energie. Nový design je jednodušší: 3D tištěný metasurface pasivně ohýbá zvukové vlny do pevného ohniska bez potřeby dodatečné elektroniky nebo pokročilého řízení signálu.

Během testů vědci připevnili šestipalcový kruhový metasurface k poli ultrazvukových reproduktorů. Vznikl tak poslechový bod asi čtyři palce od zdroje. Při přehrávání elektronické hudby se silnými basovými frekvencemi mikrofon v cílové oblasti zaznamenal čistý zvuk. Pouhý dvoupalcový posun od tohoto místa snížil úroveň zvuku o téměř 50 decibelů. Systém také lépe zvládal nízké frekvence než mnoho stávajících směrových reproduktorů, dokázal reprodukovat zvuky až do 38 hertzů, což je blízko spodní hranice lidského sluchu.

Tato schopnost by mohla pomoci společnostem vyrábět menší zvukové systémy bez kompromisů v kvalitě zvuku. Vědci věří, že technologie má široké komerční využití. Veřejné kiosky, bankomaty a automaty na jízdenky by mohly poskytovat soukromé instrukce bez sluchátek. Vozidla by zase mohla umožnit cestujícím poslouchat různé zvukové streamy současně. Metasurface lze navíc vyrábět levně pomocí plastových forem nebo 3D tiskáren, což by usnadnilo masové nasazení této technologie do spotřebitelských zařízení. Výzkum byl financován americkou National Science Foundation a publikován v časopise IEEE Transactions on Ultrasonics.