4 Minutės
Akustinė vaivorykštė: trumpai Kompaktiškas plastikinis įrenginys, sukurtas Danijos technikos universiteto (DTU) mokslininkų, nukreipia skirtingus baltojo triukšmo dažnių komponentus į atskiras erdvines vietas, sukurdami tai, ką tyrėjai vadina akustine vaivorykšte. Kaip optinė vaivorykštė išsklaido matomą šviesą pagal bangos ilgį, taip ir šis prietaisas atskiria garso bangas pagal aukštį — tam tikri dažniai yra sustiprinti konkrečiose struktūros vietose.
Tinkamai panaudojus inversinį dizainą ir 3D spausdinimą, komanda sukūrė naują įrankį akustinėms lauko manipuliacijoms mažame mastelyje. Prototipas yra maždaug išorinės žmogaus ausies dydžio ir buvo pagamintas 3D spausdinimu po to, kai sudėtinga vidinė geometria buvo optimizuota naudojant pažangius kompiuterinius metodus.
Kaip veikia prietaisas: fizika, dizainas ir eksperimentai Garsas yra banginis reiškinys; skirtingi aukščiai atitinka skirtingus bangos ilgius. Akustinė vaivorykštė remiasi kruopščiai išdėstytais, netaisyklingais stulpeliais viduje korpuso. Šie stulpeliai sklaido ir atspindi įeinančias bangas taip, kad jos kirčiasi ir interferuoja. Bangų interferencija gali sustiprinti garsą (konstruktyvi interferencija) arba sumažinti jį (destruktyvi interferencija) tam tikrose vietose. Projektuojant, kur ir kaip ta interferencija vyksta, prietaisas susitelkia tam tikrus dažnių juostas skirtingose pozicijose, sukurdamas erdvinį aukščių žemėlapį.
Prototipo centrinis garsinis šaltinis sklido tonus intervale nuo 8 iki 13 kilohercų — dažniai gerokai aukščiau negu aukščiausias pianino garsas ir artimi viršutinei žmogaus klausos ribai. Dėmesys aukštiems dažniams leido tyrėjams išlaikyti prietaisą kompaktišką; tokiai pačiai erdvinei separacijai žemesniems dažniams pasiekti reikėtų didesnės konstrukcijos, nes ilgesni bangos ilgiai reikalauja daugiau fizinės erdvės manipuliacijai.
Inversinis dizainas ir prototipavimas Sukurti struktūrą, kuri generuotų norimą garso lauką, yra sudėtinga inverse problema. Vietoje formos spėjimo ir testavimo, komanda naudojo inversinį dizainą: kompiuterinis modelis prognozuoja akustinį lauką, kurį sukuria kandidatų geometrija, palygina tą lauką su pageidaujama dažnių erdvine separacija ir iteratyviai koreguoja geometriją, kol modeliuojamas išėjimas atitinka tikslą. Po optimizacijos galutinė geometria buvo realizuota 3D spausdinimu ir patikrinta laboratoriniais matavimais. Rasmus Christiansen pažymėjo, kad vidiniai stulpeliai atrodo netaisyklingi ar net chaotiški, tačiau ši regima atsitiktinumas yra tikslaus optimizavimo rezultatas, skirtas pasiekti akustinius tikslus.
Galimos taikymo sritys, ribotumai ir ateities perspektyvos Tokio lygio garso valdymas gali būti naudingas keliose srityse: nukreipta kambarinė akustika, kur specifiniai dažniai nukreipiami į absorbcinius elementus reverberacijos mažinimui; erdvinio garso atkūrimas imersinėms sistemoms; neinvazinis akustinis aptikimas; ir laboratoriniai įrenginiai, kuriems reikalingas dažnių selektyvus garso tiekimas. Kadangi dabartinis prototipas veikia aukštais dažniais, jo artimiausios taikymo sritys greičiausiai bus tos, kur šie dažniai svarbūs, pavyzdžiui, ultragarsinė patikra arba tiksli akustinė tyryba.
Iššūkiai skalavimui išlieka: žemesniems dažniams valdyti reikia didesnių įrenginių, o realios aplinkos priduria sudėtingumo — atspindžius, judančius šaltinius ir foninį triukšmą. Vis dėlto inversinio dizaino, pridedamojo gaminimo ir bangų fizikos kombinacija atveria kelią pritaikytoms akustinėms konstrukcijoms, galinčioms formuoti garso laukus būdais, nepasiekiamais įprastinėmis medžiagomis.
Eksperto komentaras Dr. Elena Marquez, akustikos inžinierė Europos tyrimų institute (tyrime nedalyvavo), komentavo: „Šis darbas parodo, kaip skaičiaviminis dizainas gali sukurti geometrijas, kurios žmogaus dizaineriui atrodytų neteisingos, bet akustiškai labai efektyvios. Kitas žingsnis bus patikinti sistemos atsparumą realiuose kambariuose ir pritaikyti metodą plačiajuosčiam arba žemesnių dažnių diapazonui.“
Išvada Akustinė vaivorykštė iliustruoja naują būdą erdviškai atskirti garsą pagal dažnį, naudojant inversinį dizainą ir 3D spausdinimą. Nukreipdama skirtingus aukščius į skirtingas vietas per kontroliuojamą interferenciją, prototipo technologija atveria naujas garso valdymo, imersinės akustikos ir tikslių taikymų, reikalaujančių erdvinio dažnių tiekimo, galimybes. Kol kas demonstracijos sutelktos į aukštus dažnius, kad įrenginys būtų kompaktus, tačiau ateities darbai gali išplėsti koncepciją platesniems diapazonams, integruoti adaptacinius elementus ir pritaikyti idėją praktinėms akustikos inžinerijos užduotims.
Šaltinis: snexplores
Komentarai