E se pudesse ouvir música ou um podcast sem auscultadores ou auriculares e sem incomodar ninguém à sua volta? Ou ter uma conversa privada em público sem que outras pessoas o ouçam?
Um novo estudo publicado na PNAS em janeiro apresenta uma forma de criar enclaves audíveis — bolsas de som localizadas que estão isoladas do seu ambiente. Por outras palavras, desenvolvemos uma tecnologia que pode criar som exatamente onde ele precisa de estar.
A capacidade de enviar som que se torna audível apenas num local específico pode transformar as experiências de entretenimento, comunicação e áudio espacial.
O que é o som?
O som é uma vibração que viaja pelo ar como uma onda. Estas ondas são criadas quando um objeto se move para a frente e para trás, comprimindo e descomprimindo as moléculas de ar.
A frequência destas vibrações é o que determina o tom. As baixas frequências correspondem a sons profundos, como um bombo; as altas frequências correspondem a sons agudos, como um assobio.
Controlar para onde vai o som é difícil devido a um fenómeno chamado difração — a tendência das ondas sonoras para se espalharem à medida que viajam. Este efeito é particularmente forte para sons de baixa frequência devido aos seus comprimentos de onda mais longos, tornando quase impossível manter o som confinado a uma área específica.
Certas tecnologias de áudio, como os altifalantes de matriz paramétrica, podem criar feixes de som focados numa direção específica. No entanto, estas tecnologias continuam a emitir som que é audível ao longo de todo o seu percurso enquanto viaja pelo espaço.
A ciência dos enclaves audíveis
Os investigadores descobriram uma nova forma de enviar som para um ouvinte específico: através de feixes de ultra-sons auto-dobráveis e de um conceito chamado acústica não linear.
O ultrassom refere-se a ondas sonoras com frequências acima do alcance da audição humana, ou seja, acima de 20 kHz. Estas ondas viajam pelo ar como ondas sonoras normais, mas são inaudíveis para as pessoas. Uma vez que os ultra-sons podem penetrar através de muitos materiais e interagir com objetos de formas únicas, são amplamente utilizados em imagiologia médica e em muitas aplicações industriais.
No trabalho, os cientistas usaram os ultra-sons como portadores de som audível. Pode transportar o som através do espaço silenciosamente — tornando-se audível apenas quando desejado. Como é que conseguimos fazer isto?
Normalmente, as ondas sonoras combinam-se linearmente, o que significa que se juntam proporcionalmente numa onda maior. No entanto, quando as ondas sonoras são suficientemente intensas, podem interagir de forma não linear, gerando novas frequências que não estavam presentes anteriormente.
Esta é a chave da nova técnica: Utilizou-se dois feixes de ultra-sons com frequências diferentes que, por si só, são completamente silenciosos. Mas quando se intersetam no espaço, os efeitos não lineares fazem com que gerem uma nova onda sonora numa frequência audível que seria ouvida apenas nessa região específica.
Concebeu-se feixes ultra-sónicos que podem dobrar-se por si próprios. Normalmente, as ondas sonoras viajam em linhas retas, a menos que algo as bloqueie ou reflita.
No entanto, ao utilizar metassuperfícies acústicas — materiais especializados que manipulam as ondas sonoras — é possível moldar os feixes de ultra-sons para que se dobrem à medida que viajam. À semelhança da forma como uma lente ótica dobra a luz, as metassuperfícies acústicas alteram a forma do percurso das ondas sonoras. Ao controlar com precisão a fase das ondas de ultra-sons, criamos percursos sonoros curvos que podem contornar obstáculos e encontrar-se num local-alvo específico.
O principal fenómeno em jogo é o que se designa por geração de diferenças de frequência. Quando dois feixes ultra-sónicos de frequências ligeiramente diferentes, como 40 kHz e 39,5 kHz, se sobrepõem, criam uma nova onda sonora na diferença entre as suas frequências – neste caso, 0,5 kHz, ou 500 Hz, que está bem dentro do alcance da audição humana. O som só pode ser ouvido onde os feixes se cruzam. Fora dessa intersecção, as ondas de ultra-sons permanecem silenciosas.
Isto significa que pode enviar áudio para um local ou pessoa específicos sem perturbar as outras pessoas enquanto o som viaja.
Controlo avançado do som
A capacidade de criar enclaves de áudio tem muitas aplicações possíveis.
Os enclaves de áudio podem permitir um áudio personalizado em espaços públicos. Por exemplo, os museus poderiam fornecer diferentes guias áudio aos visitantes sem auscultadores e as bibliotecas poderiam permitir que os estudantes estudassem com aulas áudio sem incomodar os outros.
Num automóvel, os passageiros poderiam ouvir música sem distrair o condutor de ouvir as instruções de navegação. Os escritórios e os ambientes militares também poderiam beneficiar de zonas de fala localizadas para conversas confidenciais. Os enclaves áudio também podem ser adaptados para cancelar o ruído em áreas designadas, criando zonas de silêncio para melhorar a concentração nos locais de trabalho ou reduzir a poluição sonora nas cidades.
Ao redefinir a forma como o som interage com o espaço, abrem-se novas possibilidades para experiências de áudio imersivas, eficientes e personalizadas.
ZAP // The Conversation
