Исследователи создали материал, который управляет звуком, как природа

Оказывается, звук тоже может складываться в радугу — если правильно с ним обращаться. Ученые создали устройство, которое разделяет шум на отдельные частоты, как призма раскладывает свет, и все это без батареек, только благодаря форме.

Ученые создали уникальное устройство, которое превращает шум в разноцветные звуковые волны, направляя каждую частоту в свою сторону, как радугу

Источник: Unsplash

В журнале Science Advances опубликовано исследование команды из Технического университета Дании и Мадридского политехнического университета. Ученые представили новое устройство — акустический радужный излучатель (ARE), которое преобразует белый шум, равномерно излучаемый во всех направлениях, в направленные звуковые пучки разных частот. Иначе говоря, оно создает акустическую радугу, подобно тому, как стеклянная призма разделяет белый свет.

ARE работает полностью пассивно, то есть без источников энергии и сложной электроники. Оно использует особенности своей формы, созданной с помощью вычислительного морфогенеза — метода проектирования, при котором форму подбирает алгоритм, оптимизируя ее для конкретной задачи. В результате получилась структура, напечатанная на 3D-принтере, способная точно разделять звуковые волны по частоте и направлению.

Метод оптимизации формирует рассеивающий серый материал. Когда ARE включают с помощью источника, который излучает широкий белый шум, звук раскладывается в акустическую радугу. Источник в центре излучателя подает одинаковую мощность на частотах от 7600 до 12800 Гц. Экспериментально измеренный звук вокруг ARE совпадает с цветами спектра по громкости и частотам во всех направлениях

Источник: Science Advances

Это первый случай, когда подобный контроль над широкополосным звуком достигнут в открытом пространстве, а не в замкнутых лабораторных условиях. Помимо ARE, команда разработала и устройство под названием лямбда-сплиттер, которое отделяет низкие частоты от высоких и направляет их в разные стороны. Оба изобретения управляют звуком исключительно благодаря взаимодействию с формой твердого тела.

Разработка может найти применение в системах пространственного аудио, медицинской диагностике, акустической визуализации и даже в дизайне слуховых аппаратов. Это также открывает дорогу к новым способам взаимодействия с окружающей средой через звук без использования электроники.

Новые открытия в акустике показывают, как можно управлять звуком без сложной электроники, а в параллельных исследованиях физики заглядывают в тайны первых мгновений Вселенной через поведение тяжелых частиц в горячей материи. Ранее Наука Mail рассказала о том, как эти частицы помогают лучше понять самые ранние этапы космической истории.