Công nghệ “vùng âm thanh cá nhân”: Nghe nhạc, trò chuyện mà không cần tai nghe

Một nghiên cứu mới đây từ Đại học Penn State đã đưa ra công nghệ giúp tạo ra các “vùng âm thanh cá nhân” – nơi âm thanh chỉ xuất hiện tại một vị trí cụ thể mà không lan tỏa ra xung quanh.

Bạn đã bao giờ tưởng tượng có thể nghe nhạc, podcast hay thậm chí trò chuyện riêng tư ở nơi công cộng mà không cần tai nghe, đồng thời không ảnh hưởng đến những người xung quanh?

Điều khiển âm thanh và thách thức vật lý

Âm thanh là dạng sóng truyền qua không khí, bị ảnh hưởng bởi hiện tượng nhiễu xạ (diffraction), khiến nó có xu hướng lan rộng khi di chuyển. Điều này đặc biệt rõ rệt với âm thanh tần số thấp, do bước sóng dài hơn, khiến việc giữ âm thanh trong một không gian cụ thể gần như không thể.

Trước đây, các hệ thống loa định hướng như parametric array loudspeakers đã có thể tập trung âm thanh theo một hướng cố định, nhưng vẫn tạo ra âm thanh trên toàn bộ đường truyền, khiến người khác có thể nghe thấy. Công nghệ mới của Penn State đã khắc phục điều này bằng cách tận dụng sóng siêu âm và hiệu ứng âm học phi tuyến.

Công nghệ tạo vùng âm thanh cá nhân hoạt động thế nào?

Nghiên cứu của nhóm khoa học gia tại Penn State sử dụng sóng siêu âm – loại sóng có tần số cao hơn mức con người có thể nghe thấy (trên 20 kHz) – để mang âm thanh đến một vị trí nhất định mà không làm nhiễu môi trường xung quanh.

Bằng cách dùng hai chùm sóng siêu âm với tần số khác nhau, họ đã tạo ra một hiệu ứng gọi là “tạo tần số chênh lệch” (difference frequency generation). Khi hai chùm sóng, chẳng hạn 40 kHz và 39,5 kHz, giao nhau, chúng tạo ra sóng âm mới có tần số chính bằng chênh lệch của chúng (0,5 kHz, tương đương 500 Hz – nằm trong phạm vi con người có thể nghe). Điều đặc biệt là âm thanh chỉ xuất hiện tại điểm giao nhau của hai chùm sóng, còn bên ngoài khu vực đó, chúng vẫn là sóng siêu âm không nghe thấy được.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn sử dụng metasurface âm học, một loại vật liệu đặc biệt có khả năng bẻ cong sóng siêu âm. Nhờ đó, họ có thể điều hướng âm thanh đến đúng vị trí mong muốn mà không bị cản trở bởi vật thể trong không gian.

Tiềm năng ứng dụng trong đời sống

Công nghệ này có thể mở ra nhiều ứng dụng trong thực tế:

• Âm thanh cá nhân trong không gian công cộng: Bảo tàng có thể cung cấp các bài thuyết minh khác nhau cho từng khách tham quan mà không cần tai nghe. Thư viện có thể cho phép sinh viên nghe bài giảng mà không làm phiền người khác.
• Cải thiện trải nghiệm trong xe hơi: Hành khách có thể nghe nhạc mà không ảnh hưởng đến tài xế, người chỉ cần tập trung vào chỉ dẫn điều hướng.
• Tạo vùng hội thoại riêng tư: Trong văn phòng hoặc các môi trường quân sự, công nghệ này có thể giúp tạo ra không gian trò chuyện bảo mật mà không cần vách ngăn âm thanh.
• Giảm ô nhiễm tiếng ồn: Công nghệ cũng có thể ứng dụng để khử tiếng ồn tại những khu vực nhất định, tạo ra không gian yên tĩnh giúp tăng sự tập trung hoặc giảm căng thẳng trong môi trường đô thị.

Thách thức và tương lai của công nghệ

Dù đầy hứa hẹn, công nghệ này vẫn cần vượt qua một số rào cản trước khi được thương mại hóa. Một trong những vấn đề lớn là biến dạng phi tuyến có thể ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh. Ngoài ra, quá trình chuyển đổi từ siêu âm sang âm thanh thông thường cần cường độ cao, tiêu tốn nhiều năng lượng.

Dù vậy, nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến lớn trong lĩnh vực kiểm soát âm thanh. Bằng cách tái định nghĩa cách âm thanh tương tác với không gian, công nghệ này có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho trải nghiệm âm thanh cá nhân hóa và tối ưu hóa môi trường sống.