Το «ακουστικό πρίσμα» που αναλύει ήχους

Posted on 09/08/2016

0


Ένας νέος τύπος «ακουστικού πρίσματος» κατασκευάστηκε από επιστήμονες στο Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) και μπορεί να διαχωρίσει το ηχητικό κύμα στις συχνότητες που το απαρτίζουν. Βρίσκει εφαρμογές στην ανίχνευση ήχου.
newton5Πριν από 400 χρόνια ο Νεύτωνας χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο πρίσμα ανέλυσε το λευκό φως στα χρώματα του ουράνιου τόξου – το κάθε χρώμα αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη συχνότητα ηλεκτρομαγνητικού κύματος.

Στο οπτικό πρίσμα όσο πιο μεγάλη είναι η συχνότητα μιας μονοχρωματικής δέσμης φωτός, τόσο πιο πολύ αποκλίνει από την αρχική της διεύθυνση.

Ο Hervé Lissek και οι συνεργάτες του στο EPFL εφηύραν ένα πρίσμα για τον ήχο, το «ακουστικό πρίσμα»: διαχωρίζει τον ήχο στις συχνότητες που τον αποτελούν χρησιμοποιώντας μόνο φυσικές ιδιότητες.

Σε αντίθεση με τα οπτικά πρίσματα που εμφανίζονται ακόμα και στη φύση με την μορφή των υγρών σταγόνων, το ακουστικό πρίσμα είναι εξολοκλήρου μια ανθρώπινη κατασκευή. Η ανάλυση του ήχου βασίζεται στην φυσική αλληλεπίδραση του ηχητικού κύματος και της δομής του πρίσματος. Το ακουστικό πρίσμα του Lissek διαχωρίζει κάθε ξεχωριστή συχνότητα που περιέχεται στο ηχητικό κύμα, χωρίς να χρειάζονται κάποιοι υπολογισμοί ή ηλεκτρονικά εξαρτήματα.acoustic prismΤο ακουστικό πρίσμα είναι ένας ορθογώνιος σωλήνας από αλουμίνιο, που διαθέτει δέκα, τέλεια ευθυγραμμισμένες οπές κατά μήκος της μιας πλευράς. Κάθε οπή οδηγεί σε μια κοιλότητα γεμάτη αέρα στο εσωτερικό του σωλήνα, ενώ μια μεμβράνη είναι τοποθετημένη μεταξύ δυο διαδοχικών κοιλοτήτων.

Όταν ο ήχος κατευθύνεται στο ένα άκρο του σωλήνα, οι υψηλότερες συχνότητες που συνιστούν τον ήχο διαφεύγουν έξω από τον σωλήνα διαμέσου των οπών κοντά στην πηγή, ενώ οι χαμηλότερες συχνότητες διαφεύγουν από τις οπές που είναι πιο μακριά, προς το αντίθετο άκρο του σωλήνα.
srep18911-f1Όπως σκεδάζεται το φως μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα, έτσι κι ο ήχος σκεδάζεται με τη γωνία απόκλισης να είναι ανάλογη της συχνότητας των «μονοχρωματικών» κυμάτων.

Οι μεμβράνες είναι το κλειδί. Δονούνται και διαδίδουν τον ήχο στις γειτονικές κοιλότητες με μια καθυστέρηση η οποία εξαρτάται από την συχνότητα. Ο ήχος που καθυστερεί διαφεύγει τότε από τις οπές και προς τα έξω, προκαλώντας έτσι τον διασκεδασμό του ήχου.

acoystic_prism_srep18911-f2Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν πως θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το ακουστικό πρίσμα ως μια κεραία για να εντοπίσουν την κατεύθυνση ενός μακρινού ήχου από την απλή μέτρηση της συχνότητάς του. Εφόσον κάθε γωνία διασποράς αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, αρκεί να μετρηθεί η μέση συχνότητα ενός εισερχόμενου ήχου για να προσδιοριστεί η πηγή του, χωρίς να μετακινηθεί το πρίσμα.

Η αρχή του ακουστικού πρίσματος βασίζεται στη σχεδίαση κοιλοτήτων, αγωγών και μεμβρανών, οι οποίες μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα, ακόμα και σε μικρογραφία, και είναι μια φθηνή λύση στην γωνιακή ανίχνευση του ήχου, χωρίς ακριβές διατάξεις μικροφώνων ή την μετακίνηση κεραιών.

Βίντεο: το «ακουστικό πρίσμα» που κατασκευάστηκε στο EPFL


Διαβάστε περισσότερα: scitation.aip.org – actu.epfl.ch