Anfang dieses Jahres präsentierten Wissenschaftler von Universitäten in Sussex und Bristol auf der CES-2018 eine revolutionäre Erfindung, die zu meiner Überraschung fast unbemerkt blieb. Das Projekt zur Schaffung eines völlig neuen Schallwandlers namens Metasonics ist ein echter technologischer Durchbruch bei der Verwaltung von Schallwellen.
Nach den Daten experimenteller Studien der Briten zu urteilen, wird ihre Technologie eine echte Revolution sowohl für spezielle akustische Geräte als auch für Haushaltswiedergabesysteme sein. Dies ist eine neue Art von sogenannten Eine akustische Linse, die auf der Basis von Metamaterialien erstellt wurde und in der Lage ist, Schall wie ein Objektiv in der Optik zu fokussieren und die Intensität in einem Schallfeld flexibel zu ändern.
Aus Sicht der klassischen Konzepte ungewöhnlich, ermöglichten die Fähigkeiten von Metamaterialien den Erfindern, 16 verschiedene Arten von sogenannten zu erschaffen Meta-Bricks, auf deren Grundlage ein einzigartiger Schallwellenwandler entwickelt wurde.
Mit dem Gerät können Sie das akustische Feld frei manipulieren. In der Tat bedeutet dies die Schaffung lokaler Bereiche der Schallwiedergabe in einem einzigen Raum (z. B. in einem Auto oder einer Ausstellungshalle) mit eng fokussierter Schallstrahlung.
Metamaterialien und Anwendung in der experimentellen Akustik
Wenn wir allgemein über Metamaterialien sprechen, werden sie in Wikis wie folgt definiert:
„Metamaterial ist ein Verbundwerkstoff, dessen Eigenschaften weniger von den Eigenschaften seiner Bestandteile als vielmehr von einer künstlich erzeugten periodischen Struktur bestimmt werden.“
Mit anderen Worten, die für uns interessanten Haupteigenschaften werden aufgrund der speziellen Strukturierung der Medien gebildet, und solche Eigenschaften können in der natürlichen Umgebung nicht gefunden werden. Akustische Metamaterialien verändern wiederum die Eigenschaften des Klangs aufgrund ihrer speziellen Struktur.
Wenn es sehr grob und nicht ganz genau ist, werden Metamaterialien erhalten, indem riesige Atome in die Struktur des ursprünglichen natürlichen Materials eingeführt werden. Während der Entwicklung kann der Ersteller von Metamaterial die Parameter der implementierten Strukturen ändern. Dies kann die Form, Größe oder Periode ändern.
Eines der anschaulichsten Beispiele für die Eigenschaften solcher Materialien ist ein Metamaterial mit einem "linken" Brechungsindex. Das folgende Video zeigt schematisch, wie Licht durch solches Material fällt und was damit passiert.
Ähnliche und komplexere Effekte mit Metamaterialien können nicht nur mit Licht, sondern auch mit Schallwellen erzielt werden. So entstand die Idee, Metamaterialien als spezielle akustische Reflektoren, Linsen und besondere „Linsen“ zu verwenden.
Die Experimente zeigten, dass die Verwendung von akustischen Metamaterialien eine effizientere Steuerung der Schallstrahlung ermöglicht als die Verwendung anderer bekannter Methoden.
Metasonik - ein erfolgreicher Start in eine zukünftige Revolution
Trotz der Tatsache, dass akustische Metamaterialien seit relativ langer Zeit (ab dem Beginn der Null) untersucht wurden, wurde erst im letzten Jahr ein greifbarer Erfolg erzielt. Ein funktionierender Prototyp einer akustischen Linse aus Metamaterialien, die in der Lage ist, ein eng fokussiertes akustisches Feld in Echtzeit zu erzeugen und zu verändern, entstand dank Wissenschaftlern der Universitäten von Sussex und Bristol.
Es sollte beachtet werden, dass ähnliche Vorrichtungen, die die Fokussierung von Schallwellen ermöglichen, vorher existierten, jedoch keine Metamaterialien verwendeten und daher statisch und sperrig waren. Vor einiger Zeit bin ich auf Informationen über die Entwicklung des sogenannten gestoßen "Sound Spots" sind jedoch aufgrund der Komplexität der Herstellung und der geringen Herstellbarkeit nicht weit verbreitet.
Eine Gruppe britischer Forscher unter der Leitung von Sriram Subramanian, Professor für Informatik an der Universität von Sussex, entwickelte eine mobile Version des räumlichen Klangmodulators namens Metasonics.
Das Design des Konverters basiert auf der Verwendung nicht einer Art von Metamaterial, sondern von 16 verschiedenen Strukturen, die in Form von Ziegeln hergestellt werden. Sie wurden akustische Metamaterialziegel genannt.
Zu Beginn des folgenden Videos werden das Funktionsprinzip des Wandlers und die von ihm erzeugten akustischen Felder sowie die Arten von „Steinen“, mit denen der Modulator erstellt wird, demonstriert.
Die akustische Levitation zeigt gut die Intensität der Schallwellen in einem lokalisierten Raumbereich, in dem Sie einen neuen Wandler bauen können. Darüber hinaus ist es im Vergleich zu zuvor vorhandenen stationären Gegenstücken viel kompakter.
Metasonics-Entwickler haben bereits im November letzten Jahres eine Anfangsinvestition von 10.000 US-Dollar in einen Wettbewerb an der Universität von Bristol erhalten. Es ist sehr wahrscheinlich, dass das Unternehmen in naher Zukunft beeindruckendere Investitionen erhalten wird. Sie werden oft mit einem anderen britischen Universitäts-Startup verglichen, Ultrahaptics, das 2013 mit 20.000 US-Dollar begann und bis Mai 2017 23 Millionen anzog.
Anwendungsoptionen
Nach Angaben der Erfinder kann die Linse fast überall dort eingesetzt werden, wo eine Trennung und Richtung der Schallströme erforderlich ist. Daher halten die Entwickler den Einsatz von Metasonics für das vielversprechendste in einem Auto, in dem der Fahrer Informationen vom Navigator erhält, der Beifahrer auf dem Vordersitz Radio hört und der Film auf den Rücksitzen ohne Wände und Schallschutz bequem umgesetzt wird.
In ähnlicher Weise können Sie mit dem Konverter die Umgebung in einem Museum oder auf einer Ausstellung aussprechen (ohne tragbare, unbequeme Audioguides). Die Werbemöglichkeiten des Modulators erscheinen auch dann vielversprechend, wenn mehrere Personen, die sich in kurzer Entfernung voneinander befinden, verschiedene Audiostreams senden oder eine Werbebotschaft mit Verfolgung eines fokussierten Schallstrahls hinter einem Objekt senden können.
Eine weitere Möglichkeit, die die Projektentwickler bieten, ist die Verwendung von akustischen Linsen in Fitnessarmbändern, die bei der Kommunikation mit dem Besitzer des Gadgets helfen und Feedback beim Laufen und bei aktiven Übungen geben.
Nicht weniger vielversprechend ist die Verwendung des Produkts für die Audio-Zonierung von Wohngebäuden. Tatsächlich kann dieses Projekt den Markt für Heimkopfhörer zerstören oder zumindest ihre unerschütterliche Position als individuelles Mittel zur Klangwiedergabe unterdrücken.
Die Macher des Meta-Wunders „Brick“ sind aufrichtig davon überzeugt, dass die Metasonics-Technologie eines Tages so weit verbreitet sein wird wie der LCD-Bildschirm.
Aktuelle Phase
Derzeit ist ein Team von 2 Universitäten damit beschäftigt, das Problem der dynamischen Umstrukturierung von Materialschichten zu lösen. Sobald Wissenschaftler diese Aufgabe realisieren, werden mehrere weitere Anwendungsbereiche erscheinen. Unter anderem - kompakte diagnostische Ultraschallscanner sowie Funktionen zur Erkennung akustischer Schäden und akustische therapeutische Instrumente.
In der Tat sind wissenschaftliche Entwickler der Schaffung grundlegend neuer akustischer Geräte nahe gekommen, mit denen Phänomene wie Streuung, Beugung und Brechung von Schall mit minimalen Kosten implementiert werden können. Den Experimentatoren zufolge handelt es sich dabei um vollständig digitale Klangmodulatoren, die in Echtzeit gesteuert werden.
Zusammenfassung
Nachdem ich etwas über den Modulator gelernt hatte, war ich überrascht, wie sehr das Gerät und das Material, auf dessen Grundlage es hergestellt wird, das derzeitige Verständnis von akustischen Geräten, der Schallstrahlung, verändern können. Mir ist klar, dass die beschriebene Technologie in ein paar Jahren an Popularität gewinnen wird. Ich bin dankbar für Ihre Meinung zu den Möglichkeiten, diese Innovation in den Kommentaren anzuwenden. Ich hoffe auf eine lebhafte und korrekte Diskussion.