Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem überfüllten Museum, in dem sich Dutzende von Menschen um Sie herum bewegen, doch nur Sie können die ausführliche Erklärung zu dem Kunstwerk hören, das Sie gerade betrachten. Keine Ohrstöpsel, keine sperrigen Kopfhörer, nur eine unsichtbare Klangblase, die Sie wie eine geisterhafte Präsenz umgibt. Dies ist keine futuristische Science-Fiction, sondern greifbare Realität dank einer neuen, kopfhörerlosen Audiotechnologie, die von Forschern der Pennsylvania State University entwickelt wurde. Dabei werden Ultraschallstrahlen verwendet, um lokalisierte Klangfelder zu erzeugen, die für Passanten nicht hörbar sind.
Ein „Schallstrahl“, der sich um Hindernisse herum biegt
Das Konzept des gerichteten Schalls ist in der Technik nichts Neues. acustica. Seit Jahren versuchen Forscher, Technologien zu entwickeln, mit denen sich Töne gezielt an einen Zuhörer senden lassen, ohne dass hierfür Kopfhörer nötig wären. Das Problem dabei ist, dass diese Lösungen in der Regel eine sperrige Hardware erfordern und vor allem das Audiosignal entlang des gesamten Strahlengangs hörbar bleibt.
Die Innovation des Penn State Teams unter der Leitung von Jia Xin Zhong, liegt darin, etwas völlig anderes geschaffen zu haben: Ein System, das Ultraschallsender mit einer 3D-gedruckten Metaoberfläche kombiniert und die Eigenschaften von Schallwellen manipulieren kann. Diese Struktur erzeugt „selbstbiegende“ Ultraschallstrahlen, die Hindernisse umgehen können und, noch überraschender, Für das menschliche Ohr sind sie völlig geräuschlos.
Die Magie entsteht, wenn sich zwei dieser Strahlen kreuzen und das entsteht, was die Forscher eine „Schall-Enklave“ mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern nennen.
Die Kreuzung, die den hörbaren Ton erzeugt
Was diese Technologie besonders faszinierend macht, ist das physikalische Prinzip, auf dem sie basiert. Wenn zwei Schallwellen interagieren, können sie eine dritte Welle erzeugen, deren Frequenz der Frequenzdifferenz zwischen den ursprünglichen Wellen entspricht. In ihrer Studie (dass ich dich hier verlinke) verwendete das Team zwei Strahlen bei 40 und 39,5 Kilohertz (weit über der Schwelle des menschlichen Gehörs), Die Überschneidungen erzeugten einen 500 Hz-Ton, der ohne Kopfhörer perfekt hörbar war.
Der Schlüssel zur Innovation liegt darin, dass der Ton nur dort erzeugt wird, wo sich die beiden Strahlen kreuzen. Dadurch ist es möglich, Audiosignale an einen präzisen Punkt zu senden, während die Strahlen selbst stumm bleiben.
Das Team demonstrierte, dass es durch Manipulation der Frequenz eines der Strahlen hörbare Töne in einem Bereich von 125 Hz bis 4 kHz erzeugen konnte, der sechs Oktaven abdeckt. Es sind nicht nur einfache Töne: Den Forschern gelang es sogar, 9 Sekunden des „Halleluja-Chorus“ aus dem Messia von Händel.
Kopfhörerfreies Audio, Verzerrungen und Zukunftsaussichten
Natürlich hat die Technologie noch immer ihre Grenzen. Zhong räumt ein, dass die Interaktion zwischen den Strahlen Verzerrungen erzeugen kann, die die Qualität des Audiosignals beeinträchtigen. Das Team ist jedoch optimistisch, dass diese Probleme mithilfe fortschrittlicher Signalverarbeitungstechniken gelöst werden können, darunter Deep-Learning-Algorithmen, die Verzerrungen automatisch kompensieren können.
Eine weitere Herausforderung betrifft die feste Flugbahn der selbstbiegenden Strahlen, die eine präzise Positionierung der Schallquelle erfordert, um Hindernisse zu vermeiden. Doch auch hier arbeiten Wissenschaftler bereits an rekonfigurierbaren Strahlen, die sich dynamisch an ihre Umgebung anpassen können.
Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig: Audioführung in Museen ohne Kopfhörer, Benutzerdefinierte Soundzonen in Autos (jeder Passagier hört seine eigene Musik), Räume für vertrauliche Kommunikation und sogar lokale Geräuschunterdrückung. Eine Technologie, die meiner Überzeugung nach unser Klangerlebnis in öffentlichen Räumen grundlegend verändern und uns endlich von der „Tyrannei“ der Kopfhörer befreien wird.
