Khoa học tìm ra cách bẻ cong âm thanh

Bản chất của âm thanh

Âm thanh là sự rung động truyền qua không khí dưới dạng sóng. Khi một vật thể dao động, nó tạo ra sự nén và giãn các phân tử không khí xung quanh, hình thành nên các sóng âm.

Tại đó, tần số dao động quyết định cao độ của âm thanh. Với tần số thấp, âm thanh tạo ra với âm trầm như tiếng trống. Trong khi tần số cao tạo ra âm thanh chói tai như tiếng còi.

Tuy nhiên, việc kiểm soát âm thanh là một thách thức lớn do hiện tượng nhiễu xạ, hay xu hướng lan truyền của sóng âm khi di chuyển. Điều này đặc biệt rõ rệt với âm thanh tần số thấp do bước sóng dài, khiến việc cô lập âm thanh trong một vùng nhất định là gần như không thể.

Bẻ cong âm thanh không còn là bất khả thi

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại Đại học bang Pennsylvania (Mỹ) đã mở ra một cách thức vô cùng độc đáo để kiểm soát sự lan truyền của âm thanh. Đó là thông qua chùm siêu âm tự uốn cong kết hợp âm học phi tuyến tính.

Trong đó, siêu âm là loại sóng âm có tần số trên 20 kHz, vượt quá khả năng nghe của con người. Nhờ khả năng xuyên qua nhiều vật liệu và tương tác đặc biệt với môi trường, siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong y học và công nghiệp.

Thông thường, sóng âm tuân theo quy luật tuyến tính, nghĩa là chúng cộng hưởng theo tỷ lệ nhất định để tạo thành nên sóng âm lớn hơn. Tuy nhiên, khi sóng âm đạt đến cường độ nhất định, chúng có thể tương tác theo cách phi tuyến tính, tạo ra những tần số mới mà trước đó chưa từng tồn tại.

Dựa vào nguyên lý này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 2 chùm siêu âm với tần số khác nhau để giao nhau trong không gian. Hiệu ứng phi tuyến sau đó tạo ra một tần số âm thanh hoàn toàn mới, nằm trong dải nghe được của con người.

Điều đặc biệt là âm thanh này chỉ xuất hiện tại điểm giao nhau, trong khi phần còn lại của không gian vẫn hoàn toàn yên lặng (do tai người không nghe thấy chùm siêu âm tách biệt).

Để đảm bảo sóng siêu âm có thể tiếp cận chính xác đến vị trí mong muốn, các nhà khoa học đã áp dụng siêu bề mặt âm thanh - một loại vật liệu chuyên dụng, giúp điều hướng và bẻ cong sóng âm theo cách mong muốn.

Nhờ đó, các chùm siêu âm có thể uốn cong và hội tụ tại một điểm xác định mà không bị ảnh hưởng bởi các chướng ngại vật trên đường truyền.

Bằng cách tái định nghĩa cách âm thanh tương tác với không gian, công nghệ này mở ra những ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Thí dụ như trong lĩnh vực giải trí và truyền thông, công nghệ này cho phép mỗi cá nhân nghe một bản nhạc riêng tại nơi công cộng mà không làm phiền người khác.

Các viện bảo tàng có thể sử dụng công nghệ này để cung cấp nội dung hướng dẫn khác nhau cho từng nhóm khách tham quan mà không cần tới tai nghe. Trong môi trường học tập, sinh viên có thể nghe bài giảng được cá nhân hóa mà không làm ảnh hưởng đến những người xung quanh.

Trong lĩnh vực an ninh và quân sự, các tổ chức có thể thực hiện các cuộc trò chuyện bí mật mà không sợ bị nghe lén. Cùng với đó là khả năng giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn tại các khu đô thị.