هدایت صدا به منطقه خاص

بلندگویی که دانش‌آموختگان دانشگاه شریف ساخته‌اند با فناوری بسیار سطح بالا طراحی شده و گوش دادن به صدایی که از دستگاه بیرون می‌آید، مثل گوش دادن به صدا از طریق هدفون است. بنابراین در اولین مواجهه با این دستگاه، فناوری به کار رفته در آن حیرت‌انگیز است. تونل صدا دستگاهی به لحاظ فناوری پیشروست که ایده داشتن صدای جهت‌دار و هدفمند را به واقعیت تبدیل کرده است. رضا منتظری نمین، مسئول فنی کسب‌وکار نوپایی در شتابدهنده دانشگاه صنعتی شریف درباره ایده‌ای که بعد از سه سال به محصول فیزیکی تبدیل شده است به جام‌جم می‌گوید: ما از حدود سه سال پیش در حال کار روی این ایده هستیم. در واقع هنگامی که کار طراحی آکوستیک در پروژه باغ موزه دفاع مقدس در حال انجام بود، این نیاز شکل گرفت. در آن پروژه این موضوع مطرح شد که مخاطب در مقابل هر تابلویی بایستد صدای مخصوص به آن را بشنود و صداهای مختلف با هم ترکیب نشود. بعد از مطرح شدن این نیاز، مطالعاتی انجام دادیم و در عمل توسعه این طرح بعد از طرح نیاز از طرف کارفرما آغاز شد.

وی با اشاره به این‌که نمونه‌های خارجی این طرح با مشخصات کمابیش مشابه وجود دارد درخصوص ویژگی محصولی که در داخل کشور طراحی کرده‌اند می‌گوید: محصول ما تفاوت‌هایی با این نمونه‌ها دارد. همه مراحل طراحی و ساخت این محصول از ابتدا با خود ما بود و از روش مهندسی معکوس در ساخت دستگاه استفاده نکردیم. در این دستگاه از فناوری جدیدی استفاده می‌شود تا محدوده‌ای از صوت که برای انسان قابل شنیدن نیست، به کمک این فناوری قابل هدایت و شنیدن شود.

دستگاهی شبیه لیزر، اما برای هدایت موج صوتی

لیزر نوری است که در یک باریکه جهت‌دار محدود می‌تابد و این خاصیت باعث می‌شود کاربردهای وسیعی در علوم و فناوری داشته باشد. چنین پیشرفتی در دانش و فناوری- بخصوص در حوزه‌های صنعت و پزشکی - بدون وجود فناوری لیزر ممکن نبود. طراح ایده تونل صدا درباره شباهت اختراع این گروه با لیزر ادامه می‌دهد: این دستگاه کاری مشابه لیزر در مورد صوت انجام می‌دهد و امواج صوتی را در یک باریکه یا مسیر مشخص هدایت می‌کند. به این ترتیب کسی که در این محدوده باریک قرار گرفته باشد صدا را می‌شنود و اطرافیان هیچ صدایی نمی‌شنوند.

منتظری نمین می‌افزاید: صدا در حالت عادی قابلیت جهت‌دهی و شکل‌دهی ندارد و کل فضا را دربر می‌گیرد. بنابراین ما نمی‌توانیم صدا را فقط به جایی که در نظر داریم، محدود کنیم و این تفاوت صدا در محدوده شنوایی انسان با امواج فراصوت (اولتراسونیک) است. امواج اولتراسونیک به دلیل طول موج کوتاهی که دارد می‌تواند در نواحی خاصی وجود داشته باشد و جهت‌دار باشد. اما انسان قادر به شنیدن امواج فراصوت نیست.

کاری که ما کردیم قابلیت شنیده شدن امواج فراصوت است و در واقع امواج فراصوت جهت‌دهی می‌شود و در نزدیکی گوش به صدا در محدوده شنوایی انسان تبدیل شده و شنیده می‌شود.

چالش‌های طراحی دستگاهی برای هدایت امواج صوت

استفاده از فرکانس امواج فراصوت روی کاغذ کاری قابل انجام، اما اجرای آن بسیار پیچیده و نیازمند محاسبات دشوار است. منتظری این کار را با توجه به حجم و سرعت محاسبات در پردازشگرهای متداول، دشوارتر عنوان می‌کند و می‌افزاید: هنگام شروع کار برای انتخاب فناوری مورد استفاده گزینه‌های مختلفی داشتیم؛ برای مثال با قرار دادن بلندگو وسط یک ظرف شیشه‌ای سهموی یا کروی صدا را جهت‌دهی می‌کنند. اما ما روش استفاده از امواج فراصوت را انتخاب کردیم که کار پیچیده، اما با کیفیت بیشتر است. در این روش تحلیل سیگنال‌ها باید بشدت سریع باشد، تا صدا پردازش شود و به الکترونیک پیشرفته‌ای نیاز دارد. در انتخاب مواد اولیه ساخت، الگوریتم‌ها و نحوه پردازش آنها نیز حساسیت‌هایی وجود دارد که از نظر فنی ساده نیست و به صرف انرژی و زمان زیادی نیاز دارد. با وجود این، اکنون این دستگاه در حال تجاری‌سازی است و قرار است در موزه‌ها، گالری‌ها و نمایشگاه‌ها به کار گرفته شود و با جذب سرمایه می‌تواند در مراحل بعدی فناوری توسعه پیدا کند.

کاربردهای صوت متمرکز

محصول ساخته‌شده به دست دانش‌آموختگان دانشگاه صنعتی شریف به زبان ساده وسیله‌ای برای کنترل و هدایت مسیر صوت در جهت دلخواه است که به کاهش آلودگی صوتی کمک می‌کند. این فناوری می‌تواند انقلابی در شیوه انتشار صدا ایجاد کند. برای مثال در یک نمایشگاه اگر غرفه‌های مختلف از بلندگو در غرفه خود استفاده کنند، آلودگی صوتی و همهمه شدیدی به وجود می‌آید. اما با وجود فناوری جدید، صداهای تولیدشده شخصی‌سازی می‌شود و فقط به گوش کسی می‌رسد که مستقیم در مقابل امواج قرار گرفته است. فرض کنید در فروشگاهی اجناس مختلف نیاز به ارائه توضیح برای مشتری داشته باشند. در این صورت می‌توان از این فناوری که تونل صدا نامیده می‌شود، کمک گرفت. موزه‌ها، گالری‌ها، بیمارستان‌ها و حتی خانه‌ها می‌توانند محلی برای استفاده از این بلندگوها باشند تا آلودگی صوتی کمتری ایجاد شود. این فناوری می‌تواند در تبلیغات خلاقانه نیز به کار گرفته شود.

محدوده امواج فراصوت

امواج فراصوت یا اولتراساند به امواجی گفته می‌شود که بسامد آنها بیش از بازه بسامد شنوایی انسان است. معمولا بالاترین بازه شنوایی انسان بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. اما فرکانس امواج فراصوت بیش از این مقدار است و جز حیواناتی مثل خفاش‌ها، موجودات زنده قادر به شنیدن صداها در این محدوده نیستند.

امواج فراصوت با فرکانس بالا و دامنه کم در صنعت کاربردهایی مثل اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات را دارند.

همچنین از آنها در سامانه‌های امنیتی برای تشخیص حرکت اشیا یا در سامانه‌های راداری برای سنجش و کنترل ارتفاع و شناسایی موانع استفاده می‌شود. اگر همچنان تصوری از این امواج و کاربردهای آن در محیط اطراف خود ندارید، بد نیست بدانید از فناوری دارای امواج فراصوت در دستگاه‌های سونوگرافی نیز استفاده می‌شود.

سپیده شعرباف