Uusia ulottuvuuksia ääniaalloille

Universidad Carlos III de Madridin (UC3M) tekemä tutkimus on päätellyt, että ääni voidaan ohjata tiettyyn paikkaan, jos ääniaaltojen symmetria rikkoutuu.

Tämän ilmiön toteuttamiseksi tutkijat käyttivät kuiskausten galleria -ilmiötä, jossa ääni hiipii kaarevassa galleriassa.

Tutkimusryhmä loi laboratorioon keinotekoisen kuiskausten gallerian ja lisäsivät siihen kaksi elementtiä rikkomaan aaltojen symmetrian.

"Käyttämällä erityisiä geometrisia järjestelyjä, kuten topologiaa, mursimme tämän kiertosymmetrian, jotta ääni voi liukua läpi kuiskaavan gallerian täysin hallitulla tavalla. Lisäsimme myös ominaisuuden, joka mahdollistaa aallon vahvistamisen kiraalisen symmetrian rikkomiseksi," kertoo tutkija Johan Christensen UC3M:n fysiikan osastolta.

Laboratoriokokeet osoittivat, että kun näitä elementtejä käytetään, tuloksena oleva ääni muistuttaa korkeaintensiteettisen lasersäteen ääntä. Tällä vaikutuksella voi olla merkittävä vaikutus hyvin hallittavaan äänen ohjaukseen ja suuntaukseen, ja sitä voitaisiin soveltaa lääketieteellisessä ja teollisessa kuvantamisessa. Lisäksi prosessi voitaisiin toteuttaa myös muuntyyppisillä aiheilla, kuten valolla, arvelevat tutkijat.

Hongkongin kaupungin yliopiston (CityU) tutkimusryhmä on puolestaan löytänyt uudentyyppisen ääniaallon: ilmassa kulkeva ääniaalto värähtelee poikittaissuunnassa ja kuljettaa sekä spin- että kiertoradan kulmamomenttia kuten valo.

Löydökset murskasivat tutkijoiden aiemmat uskomukset ääniaallosta ja avaavat tien uusien sovellusten kehittämiseen akustisessa viestinnässä, akustisessa tunnistuksessa ja kuvantamisessa.

Saavutus ylittää perinteisen ymmärryksen ääniaallosta, sillä äänellä ajatellaan olevan vain pitkittäiset aallot. Leikkausvoiman puuttuminen ilmassa tai nesteissä on syy siihen, miksi ääni on vain pitkittäisaalto, tohtori Shubo Wang selittää.

Hän suunnitteli keinotekoisen "mikropolaarisen metamateriaalin", toteuttamaan tämä idea. Sitä käyttämällä he osoittivat ensimmäistä kertaa kahden tyyppisiä äänen spin-orbit-vuorovaikutuksia.

Yksi on liikemäärä-avaruus spin-kiertorata -vuorovaikutus, joka aiheuttaa poikittaisäänen negatiivisen taittumisen, mikä tarkoittaa, että ääni taipuu vastakkaisiin suuntiin kulkiessaan rajapinnan läpi. Toinen on reaaliavaruuden spin-orbit vuorovaikutus, joka synnyttää äänipyörteitä poikittaisen äänen virittyessä.

Löydökset osoittivat, että ilmassa tai nesteissä kulkeva ääni voi olla poikittaista aaltoa ja kantaa täysin vektorin ominaisuuksia, kuten pyörimiskulmamomenttia, samoin kuin valolla. Se tarjoaa uusia näkökulmia ja toimintoja äänenkäsittelyyn perinteisen skalaarisen vapausasteen ulkopuolella.

Aiheesta aiemmin:

Signaalinkäsittelyä valolla ja ultraäänellä