Al escuchar música, no solo escuchamos las notas producidas por los instrumentos, también estamos inmersos en sus ecos de nuestro entorno. Las ondas sonoras rebotan en las paredes y los objetos que nos rodean, formando un efecto de sonido característico, un campo acústico específico. Esto explica por qué la misma pieza musical suena diferente cuando se toca en una iglesia antigua o en un edificio moderno de hormigón.

Los arquitectos han aprovechado durante mucho tiempo este hecho al construir, decir, Salas de conciertos. Sin embargo, el principio también se puede transferir a otras aplicaciones:los objetos ocultos bajo tierra se pueden visualizar midiendo cómo se reflejan las ondas sonoras de una fuente conocida.

Manipulación activa y pasiva

Algunos científicos quieren ir un paso más allá y manipular sistemáticamente el campo acústico para lograr un efecto que no debería existir per se. dada la situación de la vida real. Por ejemplo, están intentando crear una experiencia de audio ilusoria que engaña al oyente haciéndole creer que se encuentra en un edificio de hormigón o en una iglesia vieja. Alternativamente, los objetos pueden hacerse invisibles manipulando el campo acústico de tal manera que el oyente ya no los perciba.

Generalmente, la ilusión deseada se basa en el uso de métodos pasivos que implican estructurar las superficies con la ayuda de lo que se conoce como metamateriales. Una forma de ocultar un objeto acústicamente es recubrir su superficie y evitar que refleje las ondas sonoras. Sin embargo, este enfoque es inflexible y generalmente funciona solo dentro de un rango de frecuencia limitado, haciéndolo inadecuado para muchas aplicaciones.

Los métodos activos buscan lograr la ilusión superponiendo otra capa de ondas sonoras. En otras palabras, agregando una segunda señal al campo acústico inicial. Sin embargo, hasta ahora, el alcance para utilizar este enfoque también ha sido limitado, ya que funciona solo si el campo inicial se puede predecir con cierta certeza.

Ilusión en tiempo real

Ahora el grupo encabezado por Johan Robertsson, Profesor de Geofísica Aplicada en ETH Zurich, ha trabajado con científicos de la Universidad de Edimburgo para desarrollar un nuevo concepto que mejora significativamente la ilusión activa. Dirigido por Theodor Becker, un postdoctorado en el grupo de Robertsson, y Dirk-Jan van Manen, el científico senior que jugó un papel decisivo en el diseño de los experimentos, los investigadores han logrado aumentar el campo inicial en tiempo real, como informan en el último número de la revista Avances de la ciencia . Como resultado, pueden hacer desaparecer objetos y pueden imitar a los que no existen.

Para lograr los efectos acústicos especiales, los investigadores instalaron una gran instalación de prueba para el proyecto en el Centro de Experimentación de Ondas Inmersivas en el Parque de Innovación de Suiza en Zúrich en Dübendorf. Específicamente, esta facilidad les permite enmascarar la existencia de un objeto que mide aproximadamente 12 centímetros o simular un objeto imaginario de igual tamaño.

El objeto de destino está encerrado en un anillo exterior de micrófonos como sensores de control y un anillo interior de altavoces como fuentes de control. Los sensores de control registran qué señales acústicas externas llegan al objeto desde el campo inicial. Basado en estas medidas, una computadora calcula entonces qué sonidos secundarios deben producir las fuentes de control para lograr el aumento deseado del campo inicial.

Tecnologia sofisticada

Para enmascarar el objeto, las fuentes de control emiten una señal que borra por completo las ondas sonoras reflejadas en el objeto. Por el contrario, para simular un objeto (también conocido como holografía), las fuentes de control aumentan el campo acústico inicial como si las ondas de sonido rebotaran en un objeto en el centro de los dos anillos.

Para que este aumento funcione, los datos medidos por los sensores de control deben transformarse instantáneamente en instrucciones para las fuentes de control. Para controlar el sistema, por lo tanto, los investigadores utilizan arreglos de puertas programables en campo (FPGA) con un tiempo de respuesta extremadamente corto.

"Nuestra instalación nos permite manipular el campo acústico en un rango de frecuencia de más de tres octavas y media, ", Dice Robertsson. La frecuencia máxima para el encubrimiento es 8, 700 Hz y 5, 900 Hz para simular. Hasta la fecha, los investigadores han podido manipular el campo acústico en una superficie en dos dimensiones. Como siguiente paso, quieren ampliar el proceso a tres dimensiones y ampliar su rango funcional. Actualmente, el sistema aumenta las ondas sonoras en el aire. Sin embargo, Robertsson explica:el nuevo proceso también podría producir ilusiones acústicas bajo el agua. Él prevé una amplia gama de usos potenciales en diferentes campos, como la tecnología de sensores, arquitectura y comunicaciones, así como en el sector educativo.

La nueva tecnología también es muy relevante para las ciencias de la tierra. "En un laboratorio, utilizamos ondas de ultrasonido con una frecuencia de más de 100 kHz para determinar las propiedades acústicas de los minerales. A diferencia de, en el campo, estudiamos estructuras subterráneas con ondas sísmicas a una frecuencia de menos de 100 Hz, ", Dice Robertsson." El nuevo proceso nos permitirá ayudar a salvar esta 'zona muerta' ".