Lorsque vous écoutez de la musique, on n'entend pas seulement les notes produites par les instruments, nous sommes également immergés dans ses échos de notre environnement. Les ondes sonores rebondissent sur les murs et les objets qui nous entourent, formant un effet sonore caractéristique - un champ acoustique spécifique. Cela explique pourquoi le même morceau de musique sonne différemment lorsqu'il est joué dans une vieille église ou un bâtiment moderne en béton.

Les architectes ont longtemps capitalisé sur ce fait lorsqu'ils construisent, dire, salles de concerts. Cependant, le principe peut également être transféré à d'autres applications :les objets cachés sous terre peuvent être visualisés en mesurant la manière dont les ondes sonores d'une source connue sont réfléchies.

Manipulation active et passive

Certains scientifiques veulent aller plus loin et manipuler systématiquement le champ acoustique pour obtenir un effet qui ne devrait pas exister en soi, compte tenu de la situation réelle. Par exemple, ils tentent de créer une expérience audio illusoire qui trompe l'auditeur en lui faisant croire qu'il se trouve dans un bâtiment en béton ou dans une vieille église. Alternativement, les objets peuvent être rendus invisibles en manipulant le champ acoustique de telle sorte que l'auditeur ne les perçoive plus.

D'habitude, l'illusion recherchée repose sur l'utilisation de méthodes passives qui consistent à structurer les surfaces à l'aide de ce que l'on appelle des métamatériaux. Une façon de masquer acoustiquement un objet consiste à enduire sa surface et à l'empêcher de réfléchir les ondes sonores. Cependant, cette approche est inflexible et ne fonctionne généralement que dans une plage de fréquences limitée, ce qui le rend inadapté à de nombreuses applications.

Les méthodes actives cherchent à obtenir l'illusion en superposant une autre couche d'ondes sonores. En d'autres termes, en ajoutant un deuxième signal au champ acoustique initial. Cependant, jusqu'à présent, les possibilités d'utilisation de cette approche étaient également limitées, car cela ne fonctionne que si le champ initial peut être prédit avec une certaine certitude.

Illusion en temps réel

Désormais, le groupe dirigé par Johan Robertsson, Professeur de géophysique appliquée à l'ETH Zurich, a travaillé avec des scientifiques de l'Université d'Édimbourg pour développer un nouveau concept qui améliore considérablement l'illusion active. Dirigé par Theodor Becker, un postdoc dans le groupe de Robertsson, et Dirk-Jan van Manen, le scientifique principal qui a contribué à la conception des expériences, les chercheurs ont réussi à augmenter le champ initial en temps réel, comme ils le rapportent dans le dernier numéro de la revue Avancées scientifiques . Par conséquent, ils peuvent faire disparaître des objets et imiter des objets inexistants.

Pour obtenir les effets acoustiques spéciaux, les chercheurs ont installé une grande installation d'essai pour le projet dans le Centre d'expérimentation des ondes immersives du Switzerland Innovation Park Zurich à Dübendorf. Spécifiquement, cette facilité leur permet de masquer l'existence d'un objet mesurant environ 12 centimètres ou de simuler un objet imaginaire de taille égale.

L'objet cible est enfermé dans un anneau extérieur de microphones en tant que capteurs de contrôle et un anneau intérieur de haut-parleurs en tant que sources de contrôle. Les capteurs de contrôle enregistrent quels signaux acoustiques externes atteignent l'objet à partir du champ initial. Sur la base de ces mesures, un ordinateur calcule alors quels sons secondaires les sources de contrôle doivent produire pour obtenir l'augmentation souhaitée du champ initial.

Technologie sophistiquée

Pour masquer l'objet, les sources de contrôle émettent un signal qui efface complètement les ondes sonores réfléchies par l'objet. Par contre, simuler un objet (appelé aussi holographie), les sources de contrôle augmentent le champ acoustique initial comme si des ondes sonores rebondissaient sur un objet au centre des deux anneaux.

Pour que cette augmentation fonctionne, les données mesurées par les capteurs de contrôle doivent être transformées instantanément en instructions pour les sources de contrôle. Pour contrôler le système, les chercheurs utilisent donc des réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA) avec un temps de réponse extrêmement court.

« Notre installation nous permet de manipuler le champ acoustique sur une gamme de fréquences de plus de trois octaves et demie, " dit Robertsson. La fréquence maximale de dissimulation est de 8, 700 Hz et 5, 900 Hz pour la simulation. À ce jour, les chercheurs ont pu manipuler le champ acoustique sur une surface en deux dimensions. Comme prochaine étape, ils veulent étendre le processus à trois dimensions et étendre sa gamme fonctionnelle. Le système augmente actuellement les ondes sonores aériennes. Cependant, Robertsson explique, le nouveau procédé pourrait également produire des illusions acoustiques sous l'eau. Il envisage une vaste gamme d'utilisations potentielles dans différents domaines, comme la technologie des capteurs, architecture et communication, ainsi que dans le secteur de l'éducation.

La nouvelle technologie est également très pertinente pour les sciences de la terre. « Dans un laboratoire, nous utilisons des ondes ultrasonores d'une fréquence supérieure à 100 kHz pour déterminer les propriétés acoustiques des minéraux. En revanche, Sur le terrain, nous étudions les ouvrages souterrains avec des ondes sismiques à une fréquence inférieure à 100 Hz, " dit Robertsson. " Le nouveau processus nous permettra d'aider à combler cette " zone morte ". "