Персональный звук без наушников на основе однокомпонентного направленного динамика 21.09.2026

Звук в обычных условиях ведет себя совсем не так, как свет: вместо распространения преимущественно в одном направлении звуковые волны расходятся от источника во множество сторон. Поэтому создать систему, которая позволит одному человеку слушать музыку или речь, практически не беспокоя окружающих, значительно сложнее, чем направить световой поток. Инженеры Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) предложили решение этой проблемы, разработав компактный однокомпонентный динамик MiPAL, способный формировать узконаправленный аудиосигнал без использования наушников.

Идея персонального звука особенно интересна для общественных пространств, где обычный громкоговоритель неизбежно становится источником звука для всех находящихся поблизости людей. В отличие от традиционных акустических систем, MiPAL способен концентрировать звук в направлении конкретного слушателя. Теоретически это позволяет человеку смотреть фильм, слушать музыку или получать голосовую информацию практически индивидуально, даже находясь среди других пассажиров или посетителей.

До появления такой конструкции направленное распространение звука обычно обеспечивали параметрические акустические системы, состоящие из сложных массивов, включающих сотни отдельных излучателей. Подобные решения способны формировать требуемый звуковой поток, однако отличаются высокой стоимостью, сложностью конструкции и значительными габаритами. Попытки создать более компактные однокомпонентные устройства сталкивались с другой проблемой: нежелательные механические вибрации приводили к рассеиванию части звуковой энергии в стороны и снижали эффективность направленной передачи.

Специалисты POSTECH решили объединить несколько физических принципов непосредственно в одном преобразователе. В конструкции MiPAL параметрическая акустическая система работает совместно с двумя разновидностями метаматериалов, каждая из которых выполняет свою задачу. Передняя панель оснащена акустической метаповерхностью, которая выполняет роль своеобразной линзы: она управляет ультразвуковыми волнами и преобразует их в узкий направленный луч. Задняя часть устройства, в свою очередь, содержит упругие метаэлементы, подавляющие нежелательные колебания и препятствующие утечке звука в боковых направлениях.

В результате разработчикам удалось получить достаточно широкий для практического применения рабочий диапазон - от 500 Гц до 10 кГц. Он охватывает более четырех октав слышимого человеком спектра, поэтому технология рассчитана не на передачу какого-либо узкого диапазона сигналов, а на воспроизведение значительной части привычного аудиосодержания. При этом вся система остается однокомпонентной, что принципиально отличает ее от традиционных направленных акустических массивов с большим количеством излучателей.

Еще одной особенностью MiPAL стала технология изготовления его метаматериальных компонентов. Модульные структуры можно производить с помощью 3D-печати, благодаря чему конструкция не требует сложного и дорогостоящего производства. Более того, геометрию таких элементов можно относительно быстро изменять в зависимости от конкретной задачи, включая необходимое расстояние передачи звука или угол его направления. Это открывает возможность адаптировать один и тот же принцип для устройств различного назначения.

Работоспособность системы исследователи проверили в условиях, имитирующих размещение пассажиров в креслах самолета. В эксперименте MiPAL смог передать аудиосигнал выбранному слушателю, одновременно существенно ограничив его распространение в сторону людей, находившихся на соседних местах. Такой результат показывает, что технология может быть интересна не только с точки зрения лабораторной демонстрации, но и для реальных сценариев использования в местах, где важно разделять аудиопотоки между отдельными людьми.

По словам разработчиков, MiPAL представляет собой первый пример успешной интеграции метаматериалов в функциональное бытовое устройство такого типа. В перспективе подобные системы могут изменить привычный подход к персональному прослушиванию: пассажиры самолетов, поездов или другого транспорта смогут смотреть фильмы и слушать музыку без наушников, а посетители музеев - получать индивидуальные аудиоэкскурсии, направленные непосредственно к ним возле конкретных экспонатов. Таким образом, сочетание параметрической акустики и метаматериалов способно превратить обычный динамик в источник практически персонализированного звука, который не требует физического контакта со слушателем.