Imagina escuchar música o un podcast sin audífonos, o tener una conversación privada en público sin que nadie más la escuche. Nuestra investigación recién publicada presenta una forma de crear enclaves audibles – zonas localizadas de sonido que están aisladas de su entorno. En otras palabras, hemos desarrollado una tecnología que podría crear sonido exactamente donde se necesita.
Imagina un mundo donde pudieras disfrutar de tu música o podcast favorito en público sin necesidad de auriculares ni audífonos, y sin que un solo sonido llegara a nadie más a tu alrededor. Este concepto aparentemente futurista se está convirtiendo en realidad gracias a una investigación innovadora que introduce la idea de “enclaves audibles”: bolsillos de sonido localizados que están aislados de su entorno. Esta tecnología innovadora promete ofrecer sonido precisamente donde se necesita, transformando la forma en que experimentamos el entretenimiento, la comunicación y el audio espacial.
En esencia, el sonido es simplemente una vibración que se propaga por el aire como una onda. Estas ondas son generadas por objetos que se mueven hacia adelante y hacia atrás, lo que hace que las moléculas de aire se compriman y descompriman. La frecuencia de estas vibraciones dicta el tono que percibimos; las bajas frecuencias crean sonidos graves como un bombo, mientras que las altas frecuencias producen sonidos agudos como un silbido. Sin embargo, controlar la dirección y la propagación del sonido es inherentemente desafiante debido a la difracción, la tendencia de las ondas sonoras a extenderse a medida que viajan. Este efecto es particularmente pronunciado para los sonidos de baja frecuencia con sus longitudes de onda más largas, lo que dificulta increíblemente confinar el sonido a un área específica. Si bien las tecnologías existentes como los altavoces de matriz paramétrica pueden crear haces de sonido enfocados, aún emiten sonido audible a lo largo de toda la trayectoria del haz.
El avance en la creación de enclaves audibles radica en un enfoque novedoso que utiliza haces de ultrasonido auto-flexibles y los principios de la acústica no lineal. El ultrasonido, con frecuencias por encima del rango de audición humana (por encima de 20 kHz), es inaudible para los humanos y puede penetrar varios materiales, lo que lo hace útil en campos como la imagen médica. En esta investigación, el ultrasonido sirve como un portador silencioso para el sonido audible. Normalmente, las ondas sonoras se combinan linealmente, simplemente sumándose proporcionalmente. Sin embargo, cuando las ondas sonoras son suficientemente intensas, pueden interactuar de forma no lineal, generando nuevas frecuencias que no estaban presentes originalmente. Esta interacción no lineal es la clave: dos haces de ultrasonido a diferentes frecuencias, individualmente silenciosos, se cruzan en el espacio. En esta intersección, los efectos no lineales generan una nueva onda sonora a una frecuencia audible, que se escucha solo dentro de esa región específica.
Fundamentalmente, los investigadores diseñaron haces ultrasónicos que pueden doblarse de forma autónoma. Si bien las ondas sonoras normalmente viajan en línea recta a menos que se obstruyan, el uso de metasuperficies acústicas, materiales especializados diseñados para manipular las ondas sonoras, permite dar forma a los haces de ultrasonido para que se doblen a medida que se propagan. De manera similar a como una lente óptica dobla la luz, las metasuperficies acústicas alteran la trayectoria de las ondas sonoras. Al controlar con precisión la fase de las ondas ultrasónicas, se pueden crear trayectorias de sonido curvas, lo que permite que los haces naveguen alrededor de obstáculos y converjan en una ubicación objetivo específica.
El fenómeno central que impulsa esta tecnología es la generación de frecuencia de diferencia. Cuando dos haces ultrasónicos con frecuencias ligeramente diferentes, por ejemplo, 40 kHz y 39,5 kHz, se superponen, producen una nueva onda sonora en la diferencia entre sus frecuencias, en este caso, 0,5 kHz, o 500 Hz, que se encuentra dentro del rango de audición humana. Esto significa que el sonido solo es audible donde los haces se cruzan. Fuera de esta intersección, las ondas ultrasónicas permanecen silenciosas. En consecuencia, el audio se puede entregar a una ubicación o persona específica sin molestar a nadie más mientras el sonido viaja.
Las posibles aplicaciones de esta capacidad para crear enclaves de audio son vastas y transformadoras. El audio personalizado en espacios públicos es una posibilidad significativa. Los museos podrían ofrecer diferentes guías de audio a los visitantes sin necesidad de auriculares, y las bibliotecas podrían permitir a los estudiantes escuchar lecciones de audio sin interrumpir a los demás. En un automóvil, los pasajeros podrían disfrutar de la música sin que el conductor se distraiga de las instrucciones de navegación. Las oficinas y los entornos militares podrían beneficiarse de zonas de voz localizadas para conversaciones confidenciales. Además, los enclaves de audio podrían adaptarse para cancelar el ruido en áreas designadas, creando zonas silenciosas para mejorar la concentración en los lugares de trabajo o reducir la contaminación acústica en entornos urbanos.
Sin embargo, esta tecnología aún no está lista para su disponibilidad comercial inmediata. Quedan desafíos, incluida la distorsión no lineal que puede afectar la calidad del sonido. La eficiencia energética es otro obstáculo, ya que la conversión de ultrasonido a sonido audible requiere campos de alta intensidad que pueden ser intensivos en energía para generar. A pesar de estos obstáculos, los enclaves de audio representan un cambio fundamental en el control del sonido. Al redefinir cómo el sonido interactúa con el espacio, esta investigación abre nuevas y emocionantes posibilidades para experiencias de audio inmersivas, eficientes y personalizadas.
Investigadores han creado “enclaves de audio”, bolsillos de sonido localizados mediante la intersección de haces de ultrasonido enfocados que generan sonido audible solo en un punto específico. Esta tecnología, que utiliza acústica no lineal y metasuperficies acústicas para curvar el ultrasonido, promete experiencias de audio personalizadas en espacios públicos, vehículos, oficinas y más, sin molestar a otros. Aunque persisten desafíos como la calidad del sonido y la eficiencia energética, los enclaves de audio representan un avance revolucionario en el control del sonido, sugiriendo un futuro donde el sonido se moldea y se entrega con precisión.