Investigadores utilizan ultrasonido para crear «enclaves de sonido» aislados que solo tú puedes escuchar en una multitud

Imagina poder escuchar música o un podcast sin usar auriculares, o tener una conversación privada en un lugar concurrido, garantizando que solo el oyente designado pueda escuchar tu voz. Científicos han desarrollado una nueva tecnología llamada «enclaves de audio» que podría hacer de esto una realidad al crear bolsas localizadas de sonido aisladas de su entorno.

Dirigir el sonido a una ubicación específica es complicado debido al comportamiento de las ondas sonoras. A medida que las vibraciones se propagan por el aire, se dispersan, especialmente a frecuencias más bajas. Este efecto, conocido como difracción, dificulta mantener el audio contenido en un área, particularmente con tonadas graves. Aislar las frecuencias sonoras es aún más desafiante.

Equipos especializados, como altavoces de matriz paramétrica, pueden dirigir las vibraciones sonoras hacia un punto específico en un haz focalizado. Sin embargo, aquellos que se encuentran en el camino del haz aún pueden escuchar la transmisión. Limitar el sonido solo a la ubicación deseada sigue siendo imposible con la tecnología actual.

Para lograr un aislamiento total del sonido, investigadores de la Universidad de Pensilvania y el Laboratorio Nacional de Lawrence Livermore utilizaron ultrasonido y acústica no lineal para «doblar» las ondas sonoras y producir vibraciones audibles que ocurren solo en una ubicación específica.

A 20 kHz y por encima, el ultrasonido es inaudible para los humanos. La mayoría de las personas están familiarizadas con su uso en imágenes médicas. Sin embargo, se comporta de manera idéntica a las ondas sonoras audibles y, por lo tanto, es susceptible a los mismos principios y manipulación de ondas. Los investigadores aprovecharon estas propiedades para crear un avance, denominado «enclaves de audio», que utiliza ultrasonido como portador de frecuencias más bajas. Dado que el ultrasonido viaja «silenciosamente», puede transportar sonidos audibles a una ubicación sin que nadie más lo escuche, excepto aquellos en el lugar objetivo.

Los enclaves audibles se crean en la intersección de dos haces de ultrasonido. Los investigadores utilizaron dos haces de ultrasonido con frecuencias ligeramente diferentes para lograr esto. Cuando los haces se cruzan, ocurre un fenómeno conocido como generación de frecuencia de diferencia, creando un sonido audible.

Los autores del estudio explicaron: «Cuando dos haces ultrasónicos de frecuencias ligeramente diferentes, como 40 kHz y 39.5 kHz, se superponen, crean una nueva onda sonora en la diferencia entre sus frecuencias – en este caso, 0.5 kHz, o 500 Hz, que está bien dentro del rango de audición humana. El sonido solo puede ser escuchado donde los haces se cruzan. Fuera de esa intersección, las ondas ultrasónicas permanecen en silencio.»

Otro avance clave de la investigación es el auto-doblado de los haces ultrasónicos. Mediante el uso de metasuperficies acústicas, los investigadores pueden controlar el camino de las vibraciones ultrasónicas, curvando efectivamente los haces alrededor de obstáculos y permitiendo que se crucen en un punto específico.

«Crucialmente, diseñamos haces ultrasónicos que pueden doblarse por sí solos. Normalmente, las ondas sonoras viajan en línea recta a menos que algo las bloquee o refleje. Sin embargo, utilizando metasuperficies acústicas – materiales especializados que manipulan ondas sonoras – podemos moldear los haces de ultrasonido para que se doblen mientras viajan. Similar a cómo una lente óptica dobla la luz, las metasuperficies acústicas cambian la forma de la trayectoria de las ondas sonoras. Controlando precisamente la fase de las ondas ultrasónicas, creamos trayectorias de sonido curvas que pueden navegar alrededor de obstáculos y encontrarse en un lugar objetivo específico.»

Los investigadores afirman que los enclaves de audio tienen una amplia gama de aplicaciones. La más obvia es eliminar la necesidad de auriculares en muchas situaciones. Por ejemplo, los museos podrían ofrecer guías de audio personalizadas que sigan a los usuarios individuales. Los pasajeros de un automóvil podrían escuchar música sin interferir con las instrucciones de navegación del conductor. También podría proporcionar a entornos corporativos y militares un medio alternativo de comunicación segura.

Los autores admiten que a pesar de su potencial, la tecnología aún es muy nueva y enfrenta muchos desafíos antes de ser viable comercialmente. La distorsión no lineal puede afectar la calidad del sonido, y generar los campos ultrasónicos de alta intensidad requeridos para los enclaves de audio puede ser intensivo en energía. Los investigadores están trabajando en estas áreas para hacer que la tecnología sea más eficiente y práctica para su uso en el mundo real.