3D gedruckte akustischen Linsen

Wissenschaftler haben Geräte entwickelt, mit denen der Ton auf die gleiche Weise wie das Licht manipuliert werden kann. Dies eröffnet aufregende neue Möglichkeiten für Unterhaltung und öffentliche Kommunikation.

Forscher an den Universitäten von Sussex und Bristol haben auf der ACM CHI-Konferenz über Human Factors in Computing Systems vorgestellt, wie die praktischen Gesetze für den Entwurf optischer Systeme auch auf den Schall durch akustische Metamaterialien angewendet werden können.

Die Forscher haben das erste dynamische Metamaterial-Gerät mit dem Zoom-Objektiv eines Vario-Fokus für Schall demonstriert. Das Projektteam hat außerdem einen Kollimator gebaut, mit dem Schall als Richtstrahl von einem Standardlautsprecher übertragen werden kann.

Der Durchbruch hat das Potenzial, die Unterhaltungsbranche sowie viele Aspekte der Kommunikation im öffentlichen Leben zu revolutionieren, indem Richtungssprecher geschaffen werden, die eine Einzelperson in einer Menschenmenge ansprechen können.

Dr. Gianluca Memoli, Dozent für neuartige Schnittstellen und Wechselwirkungen an der Universität von Sussex, der diese Forschung leitet, sagte: „Akustische Metamaterialien sind normale Materialien wie Kunststoff oder Papier oder Holz oder Gummi, aber so konstruiert, dass ihre innere Geometrie den Klang formt durch. Die Idee der akustischen Linsen gibt es seit den 1960er Jahren und akustische Hologramme tauchen für Ultraschallanwendungen auf. Es ist jedoch das erste Mal, dass Soundsysteme mit Linsen praktischer Größe, die denen für Licht ähneln, untersucht wurden.“

Die Technologie verwendet alltägliche Materialien wie Glas, Holz und 3D-Druckerplastik und entwickelt sie, um Wellen auf ungewöhnliche Weise zu steuern, zu lenken und zu manipulieren.

Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass die Technologie eine Vielzahl von Möglichkeiten eröffnet, einschließlich der Möglichkeit, Schalllinse als Empfänger zu verwenden, um alarmierende Geräusche innerhalb eines Hauses zu lokalisieren. So soll ein durch einen Einbrecher zerbrochenes Fenster von einem Hundegebell im Hintergrund unterschieden werden.

Bei der Erstellung eines akustischen Teleskops kann die Technologie auf eine einzelne Person in einer Menschenmenge zoomen, um akustische Nachrichten zu übermitteln oder zu empfangen.

Die Wissenschaftler sind außerdem der Ansicht, dass die Technologie dazu beitragen kann, eine echte 360-Grad-Schallabdeckung zu erzielen, um sicherzustellen, dass jedes Publikum das optimale Hörerlebnis hat.

Letizia Chisari, die während eines Sommerpraktikums in Sussex zu dieser Arbeit beigetragen hat, fügte hinzu: „Akustische Metamaterialien können in Zukunft die Art und Weise verändern, wie wir in Konzerten und Theatern Klänge liefern. Wir entwickeln Audiofunktionen, die eine noch größere Vertrautheit mit dem Klang als mit Kopfhörern ermöglichen, ohne dass Kopfhörer erforderlich sind.“

Die neue Technologie hat deutliche Vorteile gegenüber früheren Fortschritten in der Tontechnologie.

Surround-Sound-Systeme in Kinos und Heimkinos haben einen begrenzten akustischen Sweet Spot, der auf einen engen Hörbereich beschränkt ist, während Audiospots teuer sind und derzeit keine hochwertigen Sounds übertragen können.

Akustische Linsen in Ultraschallwandlern und einige High-End-Home-Audio-Geräte sind so konzipiert, dass sie viel größer als die Wellenlänge sind, was bedeutet, dass ihre Verwendung auf den höheren Teil des akustischen Spektrums beschränkt ist.

Metamaterialien sind kleiner, billiger und einfacher herzustellen als Phased Arrays und können sogar aus wiederverwertbaren Materialien hergestellt werden. Metamaterial-Geräte führen auch bei begrenzten Bandbreiten zu weniger Aberrationen als Lautsprecher-Arrays.