Bán dẫn xoắn ánh sáng mở ra kỷ nguyên mới cho màn hình hiển thị

Samsung đưa công nghệ âm thanh 3D 'Eclipsa Audio' lên TV và Soundbar thế hệ mới

AI thay đổi cuộc sống: từ Nhà thông minh, ô tô tương tác đến chăm sóc sức khỏe

Một nhóm nghiên cứu liên ngành tại Đại học Penn State, do Giáo sư Yun Jing dẫn đầu, đã phát triển một hệ thống sử dụng hai bộ chuyển đổi siêu âm (ultrasonic transducer) kết hợp siêu bề mặt âm học (acoustic metasurface) để tạo ra các "vùng âm thanh riêng tư" (audible enclave), nơi âm thanh chỉ có thể nghe đượ ở một vị trí cụ thể, chẳng hạn một ghế ngồi trong ô tô hoặc bàn học trong lớp học.

"Chúng tôi phát hai chùm siêu âm phi tuyến tính dọc theo đường cong nhờ siêu bề mặt. Chúng giao nhau tại một điểm cố định, và chỉ người đứng ở đó mới nghe được âm thanh. Những ai ở gần nhưng không đúng vị trí sẽ không nghe thấy gì. Điều này tạo ra một rào chắn âm thanh riêng tư giữa mọi người." Giáo sư Jing giải thích.

Zhong, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Penn State, đã sử dụng hình nộm gắn micro ở tai để kiểm tra âm thanh xuất hiện hay biến mất theo quỹ đạo siêu âm. Ảnh: Penn State

Cơ chế hoạt động: Siêu âm kết hợp với siêu bề mặt âm thanh

Khác với tai nghe thông thường, công nghệ này dựa trên hiện tượng phát xạ âm thanh thông qua sóng siêu âm tần số cao. Nghiên cứu mô tả cách hai chùm siêu âm giao cắt để tạo ra không gian nghe riêng tư. Yếu tố cốt lõi chính là việc sử dụng siêu bề mặt âm học, một vật liệu đặc biệt có khả năng bẻ cong âm thanh - kết hợp với hai bộ phát siêu âm.

Mỗi bộ phát tạo ra một chùm siêu âm phi tuyến tính được dẫn hướng theo một đường cong. Âm thanh chỉ trở nên có thể nghe thấy tại điểm giao nhau, đồng nghĩa với việc dù có đứng rất gần, người ngoài vẫn không nghe được gì.

“Chúng tôi về cơ bản đã tạo ra một chiếc tai nghe ảo,” Zhong, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Penn State, cho biết. “Người ở trong vùng âm thanh có thể nghe thấy nội dung chỉ dành riêng cho họ, tạo ra các khu vực có âm thanh riêng biệt và vùng im lặng xung quanh.”

“Để kiểm tra hệ thống, chúng tôi sử dụng một mô hình đầu và thân giả có gắn micro bên trong tai để mô phỏng cách một người nghe nhận âm thanh tại các điểm dọc theo quỹ đạo của chùm siêu âm. Đồng thời, một micro thứ ba được dùng để quét khu vực giao thoa của hai chùm âm thanh,” Zhong giải thích. “Chúng tôi xác nhận rằng âm thanh chỉ có thể nghe được tại điểm giao nhau, tạo thành một ‘vùng âm thanh riêng tư’ đúng như kỳ vọng.”

Ứng dụng tiềm năng và hướng phát triển tương lai

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống trong một căn phòng bình thường với các phản xạ âm thanh thực tế để chứng minh khả năng hoạt động trong môi trường thực tế như lớp học, xe hơi hay không gian ngoài trời. Hiện tại, hệ thống có thể truyền âm thanh đến mục tiêu cách khoảng một mét với mức âm lượng 60 decibel, tương đương với âm lượng của một cuộc trò chuyện thông thường.

Để mở rộng phạm vi và tăng âm lượng, nhóm nghiên cứu đề xuất gia tăng công suất của các chùm siêu âm. Nếu đạt được mục tiêu này, công nghệ này sẽ thay đổi đáng kể cách con người sử dụng âm thanh, giúp nâng cao mức độ riêng tư và cá nhân hóa trải nghiệm nghe trong môi trường công cộng.

Với những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực âm học, công nghệ này không chỉ mở ra tiềm năng lớn trong việc tối ưu hóa trải nghiệm âm thanh cá nhân mà còn có thể được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như giáo dục, giải trí, và không gian làm việc thông minh. Trong tương lai, một thế giới nơi mọi người có thể nghe nhạc hoặc trò chuyện riêng tư mà không cần tai nghe có thể sẽ không còn xa.