Une équipe de chercheurs du MIT a présenté une nouvelle méthode de transmission du son directionnel à l'aide d'un laser. Sous la coupe, nous disons sur quoi cette technologie est construite.
Photo PxHere / PDLaser sonore
La technologie du son directionnel, capable de générer un flux audio audible dans une petite zone d'espace,
est connue depuis les années 80. Cependant, le son de ces systèmes (y compris les systèmes modernes) peut difficilement être appelé étroitement ciblé: en moyenne, il s'étend à une zone d'un
diamètre de 50 centimètres. La grande taille de la zone de revêtement limite leur utilisation.
Aujourd'hui, ils sont utilisés pour créer des «points audio» dans les musées - afin que les visiteurs puissent écouter les conférences de guides électroniques et ne pas déranger les autres - mais ils ne conviennent pas pour diffuser un flux audio à une personne spécifique à une grande distance.
Ce problème a été résolu par des ingénieurs du MIT. Ils ont suggéré d'utiliser un faisceau laser précis pour transmettre le son directionnel. Leur solution est basée sur
l'effet photoacoustique , lorsque la vapeur d'eau dans l'atmosphère absorbe l'énergie de la lumière. Ce processus conduit à une augmentation locale de la pression atmosphérique et à l'apparition de vibrations sonores. Une personne est capable de percevoir ces fluctuations sans équipement portable supplémentaire.
Comment ça marche
Comme source de rayonnement, les ingénieurs du MIT ont utilisé un
laser au thulium , qui est généralement utilisé en médecine et en cosmétologie. L'appareil est capable de générer un rayonnement avec une longueur d'onde de 1900 à 2000 nm - la gamme proche infrarouge du spectre électromagnétique. La décision d'utiliser un laser au thulium est due au fait que la vapeur d'eau dans l'air absorbe le mieux les ondes de cette longueur particulière. Une autre raison est que la lumière d'une longueur d'onde de 1900 nm est inoffensive pour la rétine de l'œil et la peau humaine.
Les développeurs ont proposé deux façons de transmettre le son. La première méthode implique un
modulateur acousto-optique - un appareil qui modifie l'intensité de la lumière transmise. Il se compose d'une plaque de verre sur laquelle une onde ultrasonore mobile est créée à l'aide d'un transducteur piézoélectrique, modifiant l'intensité du faisceau. L'avantage de cette approche était la qualité plutôt élevée du son transmis - les chercheurs ont
pu reproduire avec succès l'enregistrement de la parole et même de la musique.
Dans la deuxième méthode de transmission d'informations audio, un miroir rotatif est utilisé à la place d'un modulateur. Il déplace le point laser dans l'espace près de l'auditeur avec la vitesse du son, ce qui conduit à des
interférences de signaux acoustiques et à leur amplification.
Dans ce cas, la qualité sonore est pire que dans la première méthode. Cependant, le son lui-même est beaucoup plus fort - les auteurs ont réussi à atteindre une valeur de 60 dB à une distance de 2,5 mètres (dans le premier cas, le maximum était de 30 dB).
Jusqu'à présent, les développeurs n'ont pas été en mesure de créer un système qui combine les avantages - volume et qualité sonore - des deux approches. Mais ils continueront de travailler dans ce sens. Les ingénieurs prévoient de développer une méthode basée sur un miroir rotatif. La décision est due au fait que dans le premier cas, le son ne peut être "rendu plus fort" que par un laser plus puissant, et il sera déjà dangereux pour l'homme.
Autres méthodes de transmission du son directionnel
L'idée d'utiliser un laser pour transmettre du son à distance n'est pas nouvelle. Une technologie similaire a été proposée au département américain de la Défense. Ils ont utilisé deux appareils optiques: un laser femtoseconde qui crée une boule de plasma dans l'air et un nanolaser réglé sur une plage de longueurs d'onde étroite et génère des vibrations sonores dans cette boule.
En conséquence, un bruit désagréable se fait entendre dans l'air, semblable au son d'une sirène. L'appareil devrait être utilisé pour protéger les objets secrets contre les étrangers.
Photo D-Kuru / CC BY-SALes micro-ondes sont également utilisées pour transmettre un son directionnel. Il y a quelques années, un groupe de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago a
étudié la possibilité de transmettre un signal audio à l'aide d'un appareil d'IRM, en utilisant les os crâniens humains comme «porteurs» de vibrations sonores. Les ingénieurs ont réussi à transmettre des clics acoustiques clairement reconnaissables, mais n'ont pas réussi à reproduire des enregistrements audio compliqués. Les ondes sonores n'étaient pas assez puissantes pour cela.
L'échographie est une autre façon de lire l'audio dans une petite zone d'espace. L'année dernière, Noveto a présenté un haut-parleur acoustique doté de capteurs 3D qui suivent la position de la tête de l'auditeur. Elle calcule ensuite dans quelle direction et sous quel angle les ondes ultrasonores doivent être envoyées pour
créer une sensation de «casque virtuel» dans l'auditeur.
Perspectives pour le son directionnel
Aujourd'hui, le son directionnel est principalement
utilisé dans les expositions ou dans la publicité. Cependant, il devrait devenir à l'avenir un outil de marketing plus efficace. Par exemple, ils prévoient d'utiliser des haut-parleurs Noveto et un système de reconnaissance faciale pour transmettre des publicités ciblées aux passants de la rue.
Avec de nouvelles méthodes de transmission du son, d'autres domaines d'application apparaîtront. Par exemple, la solution des ingénieurs du MIT est
proposée pour être utilisée dans des systèmes d'alerte personnelle des personnes sur les dangers, car le laser est capable de transmettre le son sur de très longues distances.
Lecture supplémentaire de notre "Hi-Fi World":
Il y a beaucoup de bruit, il y aura peu de bruit: hygiène saine en ville
Comment transformer un ordinateur en radio