Thiết bị cho phép âm thanh chỉ truyền đi theo một chiều

Thiết bị xoay vòng tín hiệu âm thanh một chiều đầu tiên trên thế giới do các nhà nghiên cứu thuộc đại học Texas phát minh.

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ trường kỹ thuật Cockrell thuộc đại học Texas ở Austin, Mỹ đã bác bỏ một câu ngạn ngữ rằng: “Nếu bạn có thể nghe thì bạn cũng có thể bị nghe” bằng việc chế tạo thành công thiết bị xoay vòng tín hiệu âm thanh một chiều đầu tiên trên thế giới. Đây là một thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, có khả năng kiểm soát hướng của sóng âm và cho phép người dùng nghe mà không bị nghe.

Khi sóng âm truyền đi trong không khí giữa 2 điểm trong không gian, chúng mang tính chất đối xứng nghịch đảo thời gian. Điều này có nghĩa nếu sóng âm di chuyển theo một hướng nào đó thì nó cũng có thể di chuyển theo hướng ngược lại. Vì vậy, nếu bạn có thể nghe thì bạn cũng sẽ “bị nghe” hay “nghe thụ động”.

Andrea Alù – kỹ sư dẫn đầu dự án nhấn mạnh rằng “từ ý tưởng trên, chúng tôi đã có thể tạo ra một phương pháp truyền tin một chiều dành cho âm thanh truyền đi trong không khí”. Thiết bị có dạng một chiếc máy biến điệu tuần hoàn.

Theo định nghĩa truyền thống của một chiếc máy xoay vòng tín hiệu thì đây là một thiết bị có 3 hoặc 4 cổng. Tín hiệu sóng cực ngắn hay sóng radio được gởi liên tiếp từ một cổng này đến một cổng khác. Lúc này, sẽ có một cổng còn lại không hoạt động và nó sẽ đóng vai trò là cổng cách ly, ngăn tín hiệu truyền đi quay trở lại cổng phát.

Giáo sư Alù và nhóm của ông đã khai thác và áp dụng thiết kế trên để trung chuyển âm thanh và tạo ra chiếc máy xoay vòng tín hiệu âm thanh không đảo nghịch đầu tiên trên thế giới. Theo mô tả của Romain Fleury – nghiên cứu sinh tiến sĩ cùng làm viếc với giáo sư Alù thì thiết bị “có thể truyền sóng âm thanh theo một hướng duy nhất và ngăn âm thanh từ hướng khác”.

Thiết bị bao gồm một khoang tròn cộng hưởng trong đó 3 chiếc quạt máy tính được bố trí để tạo ra một dòng khí tuần hoàn ở một vận tốc định sẵn. Khoang cộng hưởng được kết nối với 3 cổng, mỗi cổng chứa một microphone để ghi âm. Âm thanh sau đó được truyền đến một cổng (cổng số 1), lúc này các quạt được tắt. Âm thanh tiếp tục được chia đối xứng theo cả 2 hướng vào các cổng 2 và 3.

Khi các quạt được bật, tạo ra dòng khí tuần hoàn, âm thanh chỉ có thể truyền từ cổng 1 đến cổng 2, cổng 3 không hoạt động. Theo như quy tắc hoạt động của các máy xoay vòng tín hiệu bình thường, cổng số 3 sẽ đóng vai trò như một cửa chặn khiến âm thanh chỉ có thể đi theo một hướng từ cổng 1 đến cồng 2, từ cổng 2 đến cổng 3 và từ cổng 3 đến cổng 1 mà không đi theo hướng ngược lại. Do đó, mô hình đối xứng của âm thanh khi di chuyển giữa 2 điểm trong không gian bị phá vỡ.

Nhóm nghiên cứu tin rằng thiết kế đơn giản của thiết bị có tính thích ứng cao và có thể được tùy biến tỉ lệ đối với các tần số âm thanh khác nhau. Có rất nhiều tiềm năng ứng dụng đối với thiết bị, hầu hết đều nằm trong lĩnh vực giám sát. Theo Preston Wilson – phó giáo sư tại Khoa âm học thuộc đại học Texas, các nghiên cứu và thử nghiệm trong tương lai tiềm năng sẽ tạo ra “một phiên bản âm thanh của chiếc kính một chiều”.

Nghiên cứu trên sẽ đáp ứng cho nhiều ứng dụng đã được lên ý tưởng từ lâu và đang được Cơ quan giảm thiểu đe dọa quốc phòng (Defense Threat Reduction Agency – DTRA) và Phòng nghiên cứu khoa học thuộc Không lực Hoa Kỳ gây quỹ tài trợ. Tuy nhiên, công nghệ cũng có tiềm năng đối với các ứng dụng bên ngoài lĩnh vực giám sát và có thể mở ra các công nghệ kiểm soát tiến ồn tiên tiến, điển hình như tai nghe chống ồn và nhiều ứng dụng khác trong một loạt các lĩnh vực.

Nhóm nghiên cứu hiện đang cải tiến thiết kế ban đầu để tạo ra một chiếc máy xoay vòng tín hiệu không đòi hỏi các thành phần chuyển động trong khi vẫn duy trì được ý tưởng trong nhiều môi trường trung gian khác, chẳng hạn như ánh sáng.

Chi tiết về nghiên cứu đã vừa được đăng tải trên tạp chí khoa học Science.

Theo VNE