Immaginate di trovarvi in un museo affollato, dove decine di persone si muovono attorno a voi, eppure solo voi potete ascoltare la spiegazione dettagliata dell’opera d’arte che state osservando. Nessun auricolare, nessuna cuffia ingombrante, solo un’invisibile bolla sonora che vi avvolge come una presenza fantasma. Non è fantascienza futuristica ma una realtà tangibile grazie alla nuova tecnologia di audio senza cuffie sviluppata dai ricercatori della Pennsylvania State University, che sfrutta fasci ultrasonici per creare pocket sonori localizzati e inudibili ai passanti.
Un “fascio sonoro” che si piega attorno agli ostacoli
Il concetto di suono direzionale non è nuovo nel campo dell’ingegneria acustica. Per anni, i ricercatori hanno cercato di sviluppare tecnologie che permettano di inviare suoni a un ascoltatore specifico senza bisogno di cuffie. Il problema è che queste soluzioni richiedono generalmente hardware ingombrante e, soprattutto, il segnale audio rimane percepibile lungo tutto il percorso del fascio.
L’innovazione del team della Penn State, guidato da Jia-Xin Zhong, sta nell’aver creato qualcosa di completamente diverso: un sistema che combina emettitori ultrasonici con una metasuperficie stampata in 3D, capace di manipolare le proprietà delle onde sonore. Questa struttura genera fasci ultrasonici “autoflettenti” che possono aggirare ostacoli e, cosa ancora più sorprendente, sono completamente silenziosi per l’orecchio umano.
La magia avviene quando due di questi fasci si incrociano, creando quella che i ricercatori chiamano una “enclave sonora” di pochi centimetri di diametro.
L’intersezione che genera il suono udibile
Quello che rende questa tecnologia particolarmente affascinante è il principio fisico su cui si basa. Quando due onde sonore interagiscono, possono generare una terza onda la cui frequenza è uguale alla differenza di frequenza tra le onde originali. Nel loro studio (che vi linko qui), il team ha utilizzato due fasci a 40 e 39,5 kilohertz (ben oltre la soglia dell’udito umano), che intersecandosi hanno prodotto un suono a 500 Hz, perfettamente udibile senza cuffie.
La chiave dell’innovazione è che il suono viene generato solo dove i due fasci si intersecano, rendendo possibile inviare audio in un punto preciso mantenendo i fasci stessi silenziosi.
Il team ha dimostrato che manipolando la frequenza di uno dei fasci, è possibile generare suoni udibili in un intervallo che va da 125 Hz a 4 kHz, coprendo sei ottave. Non si tratta solo di toni semplici: i ricercatori sono riusciti a trasmettere persino 9 secondi del “Coro dell’Alleluia” dal Messia di Handel.
Audio senza cuffie, distorsioni e prospettive future
Ovviamente, la tecnologia presenta ancora delle limitazioni. Zhong ammette che l’interazione tra i fasci può generare distorsioni che compromettono la qualità del segnale audio. Tuttavia, il team è ottimista sulla possibilità di risolvere questi problemi utilizzando tecniche avanzate di elaborazione del segnale, inclusi algoritmi di apprendimento profondo che possano compensare automaticamente le distorsioni.
Un’altra sfida riguarda la traiettoria fissa dei fasci autoflettenti, che richiede un posizionamento preciso della fonte sonora per evitare ostacoli. Ma anche qui, gli scienziati stanno già lavorando a fasci riconfigurabili che possano adattarsi dinamicamente all’ambiente circostante.
Le applicazioni potenziali sono numerosissime: tour audio nei musei senza cuffie, zone sonore personalizzate nelle auto (ogni passeggero ascolta la propria musica), spazi per comunicazioni confidenziali, e persino cancellazione del rumore localizzata. Una tecnologia che, ne sono convinto, trasformerà profondamente la nostra esperienza sonora negli spazi pubblici, liberandoci finalmente dalla “tirannia” delle cuffie.
