تصور کنید بتوانید به آهنگ یا پادکست مورد علاقه‌تان به صورت بلند گوش دهید، بدون اینکه مزاحم کسی که در نزدیکی شماست شوید، و آن هم بدون نیاز به پوشیدن هدفون. این همان چیزی است که یک تیم در دانشگاه پنسیلوانیا (Penn State University) روی آن کار می‌کند. این تیم به سرپرستی پروفسور آکوستیک، یون جینگ (Yun Jing)، روشی هوشمندانه برای ایجاد محدوده‌های صوتی نامرئی به نام «حوزه‌های شنیداری» (audible enclaves) ابداع کرده‌اند که در آن صدا فقط در یک نقطه خاص شنیده می‌شود.
چطور کار می‌کند؟
آنها از امواج اولتراسونیک (ultrasound) که معمولاً برای انسان‌ها غیرقابل شنیدن است، به همراه چیزی به نام متاصطوح صوتی (acoustic metasurfaces) استفاده می‌کنند. این متاصطوح، لنزهای کوچکی هستند که می‌توانند صدا را در جهت‌های خاصی خم کنند. با ترکیب دو پرتو اولتراسونیک که در مسیرهای منحنی حرکت می‌کنند و در یک نقطه به هم می‌رسند، آنها موفق شده‌اند تا صدا را فقط در همان نقطه قابل شنیدن کنند. همان‌طور که یون جینگ توضیح می‌دهد: «فردی که در آن نقطه قرار دارد می‌تواند صدا را بشنود، در حالی که فردی که در نزدیکی او ایستاده هیچ صدایی نمی‌شنود. این کار یک مانع خصوصی بین افراد ایجاد می‌کند تا بتوانند به صورت خصوصی به صدا گوش دهند.»
برای این کار، این سیستم از دو بلندگوی اولتراسونیک و لنزهای متاصطح که توسط شیائوشینگ شیا (Xiaoxing Xia) از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور با چاپگر سه‌بعدی ساخته شده‌اند، استفاده می‌کند. هر پرتو دارای فرکانسی کمی متفاوت است و وقتی این دو پرتو به هم می‌رسند، یک واکنش محلی باعث می‌شود صدا قابل شنیدن شود. هیچ‌کدام از این پرتوها به تنهایی صدای بلندی ندارند و صدا فقط در نقطه‌ی اشتراک آنها شکل می‌گیرد.
آزمایش این ایده
جیا-شین «جی» ژونگ (Jia-Xin “Jay” Zhong)، یکی از پژوهشگران، توضیح می‌دهد که چگونه این ایده آزمایش شده است: «ما از یک مانکن با سر و بالاتنه شبیه‌سازی‌شده استفاده کردیم که میکروفون‌هایی در گوش‌های آن قرار داشت تا شبیه‌سازی کنیم که یک انسان در طول مسیر پرتو اولتراسونیک چه چیزی می‌شنود. همچنین یک میکروفون سوم برای اسکن منطقه‌ی تلاقی پرتوها قرار دادیم. ما تأیید کردیم که صدا فقط در نقطه‌ی تلاقی قابل شنیدن است و در نتیجه چیزی که ما آن را “حوزه” می‌نامیم، ایجاد می‌شود.»
مزیت‌های این روش
یکی از بزرگ‌ترین مزایای این روش این است که در دامنه وسیعی از فرکانس‌های صوتی کار می‌کند—بین ۱۲۵ هرتز تا ۴ کیلوهرتز، که بیشتر محدوده‌ای را که انسان‌ها می‌توانند بشنوند پوشش می‌دهد. حتی در اتاق‌هایی که صدا معمولاً بازتاب پیدا می‌کند، سیستم عملکرد خوبی داشت. همچنین این سیستم به طرز شگفت‌آوری جمع‌وجور است: کل دستگاه حدود ۱۶ سانتی‌متر است، تقریباً به اندازه یک جامدادی.
ژونگ می‌گوید: «ما عملاً یک هدفون مجازی ایجاد کرده‌ایم.» در عمل، این به این معناست که فردی که در حوزه‌ی شنیداری قرار دارد می‌تواند به وضوح چیزی که پخش می‌شود را بشنود، در حالی که دیگران در اطراف هیچ صدایی نمی‌شنوند. این موضوع می‌تواند در فضاهای مشترک مانند خودروها، کلاس‌های درس، یا دفاتر کاری باز بسیار مفید باشد.
محدودیت‌ها و آینده این تکنولوژی
در حال حاضر، صدا می‌تواند تا حدود یک متر حرکت کند و شدت آن حدود ۶۰ دسی‌بل است که مشابه صدای مکالمه معمولی است. تیم پژوهشی معتقد است که با استفاده از امواج اولتراسونیک قوی‌تر می‌توان این محدودیت‌ها را افزایش داد.
اگرچه این تکنولوژی ممکن است شبیه به چیزی از آینده به نظر برسد، اما در واقع راه‌حلی برای یک مشکل ساده ارائه می‌دهد: چگونه صدا را فقط به جایی که نیاز است هدایت کنیم. اگر به تکنولوژی و طراحی صدا علاقه دارید، این نوآوری می‌تواند دنیای جدیدی از تجربیات صوتی شخصی‌سازی‌شده را پیش روی شما بگذارد.