НАУКА
Спектр звука EPFL
Каждый, кто пользовался призмой, знает, что свет можно разбить на составной спектр цветов.
13 апреля 2017
В Швейцарии благодаря новым разработкам теперь возможно разложить звук на спектр, и все с помощью алюминиевой трубки.
Полая алюминиевая трубка длиной 40 см на первый взгляд выглядит непримечательно: она в форме прямоугольника с серией из 10 отверстий сбоку. При этом то, что может показаться деталью, оставшейся после ремонта дома, на самом деле представляет собой новое изобретение, которое разделяет звуковые волны будто свет в призме.
Вспомните открытие Исаака Ньютона об отражении света 400 лет назад или просто возьмите обложку старого альбома Pink Floyd, который, возможно, вы всё ещё храните, и у вас будет представление о том, что учёные из Швейцарского федерального института технологий (EPFL) в Лозанне сегодня способны сделать со звуком.
Вспомните открытие Исаака Ньютона об отражении света 400 лет назад или просто возьмите обложку старого альбома Pink Floyd, который, возможно, вы всё ещё храните, и у вас будет представление о том, что учёные из Швейцарского федерального института технологий (EPFL) в Лозанне сегодня способны сделать со звуком.
Когда Эрве Лиссек со своей командой пропустил звук сквозь алюминиевый ящик, этот звук разделился на две частотных волны. Это произошло из-за того, что внутри трубки есть воздушная полость, соответствующая каждому отверстию, с гибкой полимерной мембраной, которая разделяет связанные между собой камеры по длине трубки.
Когда звук направляется в трубку, его высокочастотные компоненты выходят из отверстий трубки, ближайших к источнику звука. Более низкие частоты выходят из более дальних отверстий. Звук рассеивается под углом рассеивания, зависящим от частоты волны.
Когда звук направляется в трубку, его высокочастотные компоненты выходят из отверстий трубки, ближайших к источнику звука. Более низкие частоты выходят из более дальних отверстий. Звук рассеивается под углом рассеивания, зависящим от частоты волны.
“
Ключ к успеху – это мембраны, поскольку они вибрируют и передают звук в соседние полости с задержкой, которая зависит от частоты. Затем задержанный звук выходит через отверстия и движется к выходу, при этом рассеиваясь.
Хуссейн Эсфахлани, который занимается изучением обработки звука и сигналов в EPFL, поясняет, что углы рассеянного звука по мере его движения в алюминиевой трубке ведут себя точно так же, как известный нам отражённый свет в призме, хотя конструкция полностью создана человеком (тогда как свет могут разделять естественные процессы).
Наблюдать и «видеть» звук можно при помощи компьютерного изображения, которое фактически преображает движение воздуха и волн в алюминиевой трубке в график на экране монитора, который очень похож на радугу светового спектра.
Научный эксперимент может показаться просто забавной новинкой, однако исследователи возлагают большие надежды на его практическое применение. Группе швейцарских исследователей стало понятно, что можно использовать акустическую призму как антенну, определяя направление удалённого звука простым измерением частоты. Поскольку каждый угол рассеивания соответствует определённой частоте, достаточно измерить основной частотный компонент входящего звука, чтобы определить, откуда он идёт.
Фото: Rainbow Light Prism
Наблюдать и «видеть» звук можно при помощи компьютерного изображения, которое фактически преображает движение воздуха и волн в алюминиевой трубке в график на экране монитора, который очень похож на радугу светового спектра.
Научный эксперимент может показаться просто забавной новинкой, однако исследователи возлагают большие надежды на его практическое применение. Группе швейцарских исследователей стало понятно, что можно использовать акустическую призму как антенну, определяя направление удалённого звука простым измерением частоты. Поскольку каждый угол рассеивания соответствует определённой частоте, достаточно измерить основной частотный компонент входящего звука, чтобы определить, откуда он идёт.
Фото: Rainbow Light Prism
Поскольку алюминиевая "призма" основана на конструкции полостей, желобов и мембран, которые легко можно изготовить и даже сделать миниатюрными, это акустическое устройство кажется перспективным способом разработки экономичного углового улавливателя звука без дорогостоящих микрофонных решёток или движущихся антенн.
Фото: Citylight Cap
Некоторые энтузиасты считают, что его можно использовать для определения места стрельбы, чтобы помочь полицейским быстрее найти источник. В этой области применения в настоящее время используются системы ShotSpotter, которые основаны на стратегическом положении микрофонов для определения, захвата и проекции акустической волны.
Поисково-спасательные службы могут использовать систему для обнаружения людей, которые нуждаются в помощи, поскольку выпущенное на рынок улучшенное устройство сможет легко засечь место нахождения в темноте, в снежный буран или в других условиях плохой видимости.
Создание акустического устройства в форме носимого аксессуара может обеспечить повысить уровень оснащенность в области личной безопасности, кроме того оно может быть использовано в качестве дополнительного инструмента проверок инфраструктурных систем и т.д.
Поисково-спасательные службы могут использовать систему для обнаружения людей, которые нуждаются в помощи, поскольку выпущенное на рынок улучшенное устройство сможет легко засечь место нахождения в темноте, в снежный буран или в других условиях плохой видимости.
Создание акустического устройства в форме носимого аксессуара может обеспечить повысить уровень оснащенность в области личной безопасности, кроме того оно может быть использовано в качестве дополнительного инструмента проверок инфраструктурных систем и т.д.
Фото обложки: Skotcher