В марте 2025 года в журнале PNAS вышла статья исследователей из Университета штата Пенсильвания (Penn State) под руководством профессора акустики Юнь Цзина. Они описали систему, которую назвали «звуковым анклавом» — локализованной зоной, где звук слышен только одному человеку. Окружающие, даже стоящие вплотную или прямо перед источником, ничего не слышат.
Принцип работы: пересечение ультразвуковых пучков
Система использует два ультразвуковых излучателя, перед каждым из которых установлена акустическая метаповерхность — специальная линза, напечатанная на 3D-принтере и содержащая структуры миллиметрового и субмиллиметрового масштаба. Метаповерхности изгибают ультразвуковые волны, задавая им серпообразные траектории.
Два пучка движутся на слегка разных частотах и пересекаются в заданной точке пространства. По отдельности ни один из пучков не слышен: ультразвук находится выше порога слышимости человека (обычно выше 20 кГц). Но в точке пересечения возникает нелинейное взаимодействие: разность частот двух пучков попадает в диапазон слышимого звука. Этот эффект называется параметрическим акустическим преобразованием.
В результате слышимый звук образуется только там, где пересекаются два пучка, — именно в этой точке стоит слушатель. Пучки способны огибать препятствия, включая человеческую голову.
Параметры прототипа
Для тестирования использовался манекен с микрофонами в ушах и третий микрофон для сканирования зоны пересечения. Система работала в обычной комнате с типичными акустическими условиями, включая эхо от стен.
Расстояние, на котором удавалось создать анклав: около одного метра от источника. Уровень звука в точке пересечения: около 60 дБ — примерно соответствует разговорной речи. Вне зоны пересечения звук не фиксировался.
Авторы указывают, что дальность и громкость можно увеличить, повысив интенсивность ультразвука, — но это потребует дополнительной проверки безопасности для здоровья.
Чем это отличается от направленных колонок
Параметрические акустические системы (направленные колонки) уже существуют и используются в музеях, рекламных стойках и военных приложениях. Они тоже создают узкий звуковой луч, который слышен только в определённом направлении. Однако у традиционных направленных систем есть ограничение: луч слышен вдоль всей своей траектории, а не только в одной точке.
Метод «звукового анклава» принципиально иной: звук не слышен вдоль пути пучков — только в точке их пересечения. Это позволяет создавать зоны прослушивания, невидимые со стороны, и потенциально адресовать звук конкретному человеку, стоящему в нужной точке, даже если между ним и источником находятся другие люди.
Чем это не является
Прototип Penn State — не готовый продукт и не «невидимые наушники». Расстояние в один метр, необходимость точного позиционирования слушателя, лабораторные условия тестирования — всё это существенные ограничения для практического применения.
Кроме того, полной тишины для окружающих нет: при достаточно высоком уровне ультразвука или неидеальных условиях часть звука может проникать за пределы анклава. Авторы описывают систему как успешную демонстрацию принципа, а не как завершённую технологию.
Возможные области применения
Исследователи упоминают ряд потенциальных сценариев: конфиденциальные переговоры в общественных местах, персонализированный звук в автомобиле (водитель слышит навигацию, пассажиры — нет), аудиогиды в музеях без наушников, аудиоконтент для людей с ограниченными возможностями. Всё это — идеи, а не реализованные продукты.
Финансирование исследования обеспечили Национальный научный фонд США и программа лабораторных исследований Лаборатории Ливермора. Авторы опубликованы в PNAS — рецензируемом журнале высокого уровня, что означает независимую экспертную оценку методологии.
Технология интересна и потенциально значима для персонализированного звука. Но путь от лабораторного прототипа до потребительского устройства — это годы инженерной работы, масштабирования и проверки безопасности.
Параметрическая акустика: контекст и история
Эффект, используемый в системе Penn State, — параметрическое акустическое преобразование — известен физикам давно. Ещё в 1960-х годах американский физик Питер Уэстерфельд описал принцип, при котором два ультразвуковых пучка разной частоты при нелинейном взаимодействии генерируют слышимую разностную частоту.
На этом принципе работают так называемые Audio Spotlight и HyperSonic Sound — коммерческие направленные акустические системы, существующие с 2000-х годов. Их принципиальное отличие от «звукового анклава» Penn State: в них слышимый звук распространяется вдоль всего луча, а не только в точке пересечения. Новизна подхода Penn State — именно в использовании пересечения двух самоизгибающихся пучков для локализации звука в одной точке, минуя весь путь до неё.
Читайте также: Как окружающие звуки влияют на настроение
Работа финансировалась Национальным научным фондом США и Ливерморской национальной лабораторией; публикация в PNAS прошла рецензирование — это означает независимую экспертную оценку методологии.