Брайан Андерсон
Лего – любимый продукт образовательной научной деятельности, и они даже оказались полезными в экспериментах по физике элементарных частиц в ЦЕРНе для изучения свойств адронов. Для Брайана Андерсона, физика из Университета Бригама Янга, Lego являются важным компонентом его акустических исследований. На собрании Акустического общества Америки в Сиэтле в начале этого месяца Андерсон описал, как он выяснил, как сконцентрировать энергию звуковой волны достаточно точно, чтобы сбить одну минифигурку Lego, не беспокоя другие минифигурки, сгруппированные вокруг нее.
Ключевым моментом является метод обработки сигналов, называемый «обращением времени», который первоначально использовался подводными лодками в 1960-х годах, чтобы помочь сфокусировать передачу сигнала в океане. Название немного вводит в заблуждение, поскольку обращаются не время, а звуковые волны. Техника включает воспроизведение звука (импульса) от источника звука (Андерсон использует динамики для воспроизведения музыки через компьютер или ноутбук) и использование датчика (например, микрофона или лазера) в заданном месте на металлической пластине для записи отклика. к импульсу там.
Эта запись по сути отображает акустическую волну, когда она отскакивает. Затем можно использовать программное обеспечение, чтобы обратить этот сигнал и воспроизвести его, чтобы волны повторяли свои шаги и конструктивно интерферировали друг с другом, что позволяет Андерсону точно сфокусировать эту акустическую энергию в заданном месте. Пространственная протяженность фокусировки зависит от используемых частот. Более высокие частоты обычно имеют меньшую длину волны, что позволяет Андерсону фокусировать акустическую энергию в более узкой точке пространства.
«Обратное время действительно похоже на чревовещание», – сказал Андерсон. «Но вместо того, чтобы передать наш голос в другое место, мы фокусируем вибрации в целевом месте, которое может быть далеко от того места, где возникли вибрации».
YouTube / BYU
Он также сравнил этот эффект с феноменом «шепчущей галереи», который обычно наблюдается в комнатах с потолком эллиптической формы, создающим эффект естественной фокусировки. Таким образом, кто-то, стоящий в одном месте, может шептать, и его четко услышит другой человек, стоящий в другом месте. (Самый известный пример – собор Святого Павла в Лондоне. Именно здесь лорд Рэли впервые обнаружил волны шепчущей галереи примерно в 1878 году.) Техника обращения времени Андерсона позволяет ему превратить любую комнату в шепчущую галерею.
Чтобы сделать звуковой эффект более наглядным, Андерсон позаимствовал у своих детей мини-фигурки Lego и принес их в лабораторию. Он установил их на металлической пластине и использовал принудительную вибрацию с обращением времени, чтобы нацелить одну конкретную минифигурку и опрокинуть ее. «Я обещаю вам, что под ней ничего нет, – сказал Андерсон на пресс-конференции ASA. “Это потому, что волны от двух динамиков только сходятся и производят большую амплитуду прямо под [targeted] минифиг. “
Эти первые эксперименты были описаны в статье 2017 года в Journal of the Acoustical Society of America, и связь с Lego обеспечила широкое освещение в СМИ. «Сначала я немного волновался, потому что играл в игрушки в лаборатории», – признался Андерсон. «Но оказывается, все любят Lego, особенно дети».
