Ao ouvir música, não ouvimos apenas as notas produzidas pelos instrumentos, também estamos imersos em seus ecos vindos de nosso entorno. As ondas sonoras ricocheteiam nas paredes e objetos ao nosso redor, formando um efeito sonoro característico - um campo acústico específico. Isso explica por que a mesma peça musical soa diferente quando tocada em uma igreja antiga ou em um edifício de concreto moderno.

Os arquitetos há muito capitalizaram esse fato ao construir, dizer, salas de concerto. Contudo, o princípio também pode ser transferido para outras aplicações:objetos escondidos no subsolo podem ser visualizados medindo como as ondas sonoras de uma fonte conhecida são refletidas.

Manipulação ativa e passiva

Alguns cientistas querem dar um passo adiante e manipular sistematicamente o campo acústico para alcançar um efeito que não deveria existir per se, dada a situação da vida real. Por exemplo, eles estão tentando criar uma experiência de áudio ilusória que engana o ouvinte, fazendo-o acreditar que está em um prédio de concreto ou em uma velha igreja. Alternativamente, objetos podem se tornar invisíveis manipulando o campo acústico de tal forma que o ouvinte não os perceba mais.

Usualmente, a ilusão desejada depende do uso de métodos passivos que envolvem a estruturação das superfícies com a ajuda dos chamados metamateriais. Uma maneira de esconder um objeto acusticamente é revestir sua superfície e impedir que ele reflita quaisquer ondas sonoras. Contudo, esta abordagem é inflexível e geralmente funciona apenas dentro de uma faixa de frequência limitada, tornando-o inadequado para muitas aplicações.

Os métodos ativos buscam alcançar a ilusão sobrepondo outra camada de ondas sonoras. Em outras palavras, adicionando um segundo sinal ao campo acústico inicial. Contudo, até agora, o escopo para usar esta abordagem também foi limitado, pois funciona apenas se o campo inicial puder ser previsto com alguma certeza.

Ilusão em tempo real

Agora, o grupo liderado por Johan Robertsson, Professor de Geofísica Aplicada na ETH Zurique, trabalhou com cientistas da Universidade de Edimburgo para desenvolver um novo conceito que melhora significativamente a ilusão ativa. Liderado por Theodor Becker, um pós-doutorado no grupo de Robertsson, e Dirk-Jan van Manen, o cientista sênior que foi fundamental para projetar os experimentos, os pesquisadores conseguiram aumentar o campo inicial em tempo real, como relatam na última edição da revista Avanços da Ciência . Como resultado, eles podem fazer os objetos desaparecerem e podem imitar os inexistentes.

Para obter os efeitos acústicos especiais, os pesquisadores instalaram uma grande instalação de teste para o projeto no Centro de Experimentação de Ondas Imersivas no Parque de Inovação da Suíça em Zurique em Dübendorf. Especificamente, esta facilidade permite mascarar a existência de um objeto medindo cerca de 12 centímetros ou simular um objeto imaginário de igual tamanho.

O objeto alvo é colocado em um anel externo de microfones como sensores de controle e um anel interno de alto-falantes como fontes de controle. Os sensores de controle registram quais sinais acústicos externos alcançam o objeto a partir do campo inicial. Com base nessas medições, um computador então calcula quais sons secundários as fontes de controle devem produzir para atingir o aumento desejado do campo inicial.

Tecnologia sofisticada

Para mascarar o objeto, as fontes de controle emitem um sinal que oblitera completamente as ondas sonoras refletidas no objeto. Por contraste, para simular um objeto (também conhecido como holografia), as fontes de controle aumentam o campo acústico inicial como se as ondas sonoras estivessem ricocheteando em um objeto no centro dos dois anéis.

Para que esse aumento funcione, os dados medidos pelos sensores de controle devem ser transformados instantaneamente em instruções para as fontes de controle. Para controlar o sistema, os pesquisadores, portanto, usam matrizes de portas programáveis ​​em campo (FPGAs) com um tempo de resposta extremamente curto.

"Nossas instalações nos permitem manipular o campo acústico em uma faixa de frequência de mais de três oitavas e meia, "Robertsson diz. A frequência máxima para cloaking é 8, 700 Hz e 5, 900 Hz para simulação. A data, os pesquisadores conseguiram manipular o campo acústico em uma superfície em duas dimensões. Como uma próxima etapa, eles querem aumentar o processo para três dimensões e estender seu alcance funcional. O sistema atualmente aumenta as ondas sonoras aerotransportadas. Contudo, Robertsson explica, o novo processo também pode produzir ilusões acústicas debaixo d'água. Ele prevê uma vasta gama de usos potenciais em diferentes campos, como tecnologia de sensor, arquitetura e comunicação, bem como no setor da educação.

A nova tecnologia também é altamente relevante para as ciências da terra. "Em um laboratório, usamos ondas de ultrassom com uma frequência de mais de 100 kHz para determinar as propriedades acústicas dos minerais. Em contraste, no campo, estudamos estruturas subterrâneas com ondas sísmicas em uma frequência de menos de 100 Hz, "Robertsson diz." O novo processo nos permitirá ajudar a superar essa 'zona morta'. "