دنیای بدون هدفون؛ فناوری جدید صدا را در فضای شلوغ فقط به گوش شما می‌رساند

کنترل صدا مدت‌هاست یکی از عناصر ثابت آثار علمی‌تخیلی و فانتزی بوده است. در فیلم علمی‌تخیلی «تلماسه»، ابزاری به نام «مخروط سکوت» به شخصیت‌ها امکان می‌دهد که حتی در فضاهای باز، به‌صورت خصوصی با یکدیگر صحبت کنند. در فیلم بلید رانر ۲۰۴۹ بیلبوردهای عجیب، تبلیغات را زمزمه‌وار در گوش رهگذران پخش می‌کنند.

در دنیای واقعی نیز ویژگی‌های خاص معماری، چه آگاهانه طراحی شده و چه به‌صورت تصادفی شکل گرفته باشند، می‌توانند مسیر حرکت صدا را تحت‌تأثیر قرار دهند. برای مثال، در تالار مجسمه‌های کنگره ایالات متحده، نجوا می‌تواند بی‌صدا از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر در سراسر فضا منتقل شود، بدون آنکه در مسیر شنیده شود.

امواج صوتی با سطوح خمیده برخورد کرده و در نقطه‌ای مشخص متمرکز می‌شوند. اکنون دانشمندان در تلاش‌اند صدا را با دقتی بالا هدایت کنند. این تلاش شاید روزی به دنیایی بدون نیاز به هدفون بینجامد. با‌این‌حال، کنترل و جهت‌دهی دقیق به امواج صوتی همچنان یکی از چالش‌های مهم در این حوزه به‌شمار می‌رود.

در سال ۲۰۱۹، محققان با بهره‌گیری از لیزرهایی که نور را هنگام جذب توسط بخار آب موجود در هوا به صدا تبدیل می‌کنند، موفق به هدایت امواج صوتی شدند. زمانی که پرتو لیزر ثابت بود، تعیین مکان دقیق منبع صدا دشوار بود، زیرا صدا در طول مسیر پرتو شنیده می‌شد. با افزودن آینه‌ای چرخان، تمرکز صدا بهتر شد، اما این روش هنوز قادر به انتقال صوت با جزئیات کامل نبود.

روش دیگر هدایت امواج صوتی مبتنی بر امواج فراصوت است. هرچند این امواج برای انسان قابل شنیدن نیستند، به‌واسطه‌ی پدیده‌ای به نام «تعاملات غیرخطی» قادرند در هدایت دقیق صدا نقش مؤثری ایفا کنند.

زمانی که دو موج فراصوت با یکدیگر برخورد می‌کنند، ترکیب شده و موجی با فرکانس بالاتر ایجاد می‌کنند. امواج همگرا علاوه بر «جمع شدن»، می‌توانند از یکدیگر «تفریق» شده و موجی با فرکانس پایین‌تر که برابر با اختلاف فرکانس دو موج اولیه است، ایجاد کنند. این موج پایین‌تر می‌تواند در محدوده شنوایی انسان قرار گیرد. همین پدیده‌ هنگام برخورد آب با روغن داغ در ماهیتابه رخ می‌دهد: انفجارهای کوچک بخار، امواج فراصوتی تولید می‌کنند که در هوا با هم ترکیب شده و صدای آشنای سرخ‌شدن را به وجود می‌آورند.

در قرن بیستم، ارتش ایالات متحده از پدیده مذکور استفاده کرد تا بلندگوهایی را طراحی کند که بتوانند صدا را در مسیر مشخصی هدایت کنند. بعدها شرکت‌هایی همچون هولوسونیکس بلندگوهای جهت‌دار را به بازار عرضه کردند. با‌این‌حال، همانند فناوری لیزر، در این موارد نیز صدا به‌طور کامل خصوصی نیست و در طول مسیر پرتو صوتی قابل شنیدن است.

به‌تازگی، پژوهشگران موفق به ابداع «فضاهای صوتی خصوصی» شده‌اند. یون جینگ، پژوهشگر صوت‌شناسی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می‌گوید: «این فناوری همانند استفاده از هدفون نامرئی است.» اگر در موقعیت مناسبی قرار بگیرید، می‌توانید صدایی مانند صحبت یا موسیقی را بشنوید، درحالی‌که افراد اطراف شما هیچ صدایی نمی‌شنوند. جینگ و همکارانش این دستاورد را ماه مارس در مجله‌ی PNAS  گزارش دادند.

جینگ و همکارانش فناوری پیشرفته‌ی خود را با بهره‌گیری از فراسطح‌های صوتی محقق کردند؛ موادی که با ساختارهای کوچک و منظم مهندسی شده‌اند تا بتوانند صدا را به شیوه‌هایی کنترل کنند که مواد طبیعی قدرت انجامش را ندارند. مایکل هابرمن، مهندس مکانیک دانشگاه تگزاس در آستین می‌گوید: «فراسطح نوعی عدسی است که ضخامتش کمتر از طول موج امواج صوتی است که دستکاری می‌کند». مثل عدسی‌ها که نور را خم می‌کنند، متاسطح‌های صوتی هم می‌توانند صدا را با تغییر شکل موج آن، خم کنند، شکل دهند و هدایت کنند.

فناوری تازه هنوز توان ایجاد «مخروط سکوت» همانند آنچه را که در داستان «تلماسه» توصیف شد، ندارد؛ اما پژوهشگران آینده‌ای را تجسم می‌کنند که در آن مکالمات خصوصی در فضاهای باز بدون نیاز به هدفون یا سیم ممکن شود. کتابخانه‌ها، ادارات و دیگر مکان‌های عمومی می‌توانند میزبان چندین «فضای صوتی خصوصی» باشند تا امکان پخش همزمان جریان‌های صوتی شخصی فراهم شود.