Unutar sobe bez odjeka

Jedno od najmirnijih mjesta u New Yorku je soba od 520 kubičnih stopa na rubu East Villagea. Ušuškan iza teških, usisanih vrata, ovaj maleni prostor ukrašen je sa svih strana otkačenim klinastim izbočinama od stakloplastike. Umjesto tvrdog poda ili poda prekrivenog tepihom, postoji tanka metalna mreža po kojoj posjetitelji mogu hodati—ispod koje je više klinova od stakloplastike. To je puna anehoična komora i jedina je u gradu. Unutra nema tajni, samo tišina. Riječ anehoičan samo po sebi znači "nema odjeka". To je savršeno mjesto za proučavanje znanosti o zvuku.

Dok stojite u sobi, osjećate se kao da živite unutar masivnog para slušalica za suzbijanje buke. Govor zvuči tiše, okruglije, tiše. Nekim ljudima uši čak pucaju kad uđu u komoru. I dok je meni tiho, Melody Baglione, profesorica strojarstva na Inženjerskoj školi Albert Nerken pri Cooper Unionu dokazuje mi da ne doživljavamo apsolutnu tišinu. Dok ostajemo mirni i tihi, mjerač razine zvuka koji ona drži pada na oko 18 decibela (dBA). Kada smo izvršili istu vrstu mjerenja vani u Laboratoriju za vibracije i akustiku, razina ambijentalnog zvuka bila je oko 40 dBA.

Jedinica ono što mjerač mjeri je zvučni tlak u decibelima, ali ponderiran prema frekvencijama na koje je ljudsko uho osjetljivije.

Zvuk, kako ga doživljavamo, je val pritiska koji se širi vibrirajućim objektom. Val pomiče čestice u okolnim medijima poput zraka, vode ili čvrste tvari. Kada zvučni valovi uđu u ljudsko uho, prolaze kao mehaničke vibracije kroz membranu sličnu bubnju i do folikula dlake koji zatim šalju električne signale u mozak. Gubitak sluha događa se kada se ti folikuli dlake oštete. Folikuli dlake više frekvencije nalaze se na samom kraju ovog puta i obično idu prvi.

“Više frekvencije imaju valne duljine koje su kraće, tako da zvučni valovi više frekvencije više djeluju na klinove u anehoičnoj komori nego niže frekvencije”, kaže Baglione. “Niže frekvencije imaju veće valne duljine i teže ih je apsorbirati. Treba ti veća soba.” Postoji i ljudska pogreška - ponekad učenici ispuštaju stvari kroz pod, a ta nesavršenost uzrokuje način da se zvuk reflektira.

[Povezano: Pogled u laboratorij koji gradi računala kao gljive]

Nekretnine u New Yorku su na visokoj cijeni, tako da je ova komora manja u usporedbi s onima na Baza zračnih snaga ili objekti za testiranje za proizvođače automobila. Veliki broj projekata prošao je testove u anehoičnoj komori The Cooper Union. Učenici su karakterizirali zvukove dronova kako bi shvatili kako poništiti te zvukove. Usporedili su kvalitetu zvuka tradicionalne violine s onom 3D isprintanom. Testirali su motor s unutarnjim izgaranjem kako bi informirali dizajn prigušivača, lokalizaciju zvuka za robote, pa čak i slušalice za virtualnu stvarnost. Baglione kaže da uvijek stižu novi prijedlozi za korištenje komore.

Kako rade anehoične komore?

Buka, odjeci i odjeci su svuda okolo, cijelo vrijeme. Do projektirati prostor koji može eliminirati sve osim izvornog zvuka zahtijeva vještu upotrebu materijala i duboko poznavanje fizike i geometrije.

“Kvaliteta zvuka često je vrlo subjektivna. Zvuk je jednako stvar percepcije i našeg iskustva i očekivanja,” kaže Paul Wilford, direktor istraživanja u Nokia Bell Labs. "U našem radu, uglavnom kroz anehoičnu komoru, naučili smo da zvuk koji čujemo izravno iz izvora zapravo može biti na nižoj razini od zvuk koji dolazi od odbijanja od zidova ili odjeke kroz sobu." Komora na koju misli je ona u Murray Hillu, New Jersey, koji je prvi takve vrste. Izvorno izgrađena 1947. godine, soba je trenutno u fazi renoviranja.

Kao komunikacijska tvrtka, zvuk je veliki dio onoga što Nokia radi. I trebao im je način kvantificiranja kvalitete zvuka kako bi mogli dizajnirati bolje mikrofone, zvučnike i druge uređaje. „Ono što je anehoična komora zamišljena kao moćno okruženje, mjerni uređaj, akustični alat s kojim možete napraviti visokokvalitetna, pouzdana, ponovljiva akustična mjerenja,” Wilford objašnjava.

[Povezano: Tiha izolacijska soba za satelite]

Zvuk se može reflektirati, apsorbirati ili prenositi kroz medij. Proučavajući fiziku o tome kako se zvuk širi zrakom, istraživači iz Bell Labsa došli su do klinova koji su napravljeni od stakloplastike na bazi pjene inkapsulirane u žičanu mrežu. The impedancija tog materijala odgovara dolaznim zvučnim valovima tako da ih može apsorbirati, a ne reflektirati. Zvučni valovi udaraju u ove čunjeve duboke pet stopa i ostaju zarobljeni. Klinovi su standardni izbor dizajna za bezehoične komore.

"To znači da ako stojite u toj prostoriji i postoji izvor koji emitira zvuk, sve što čujete je taj izravni izvor", kaže Wilford. "U nekom smislu, to je čisti zvuk koji čujete." Ako su u sobi bile dvije osobe, a jedna od njih se okrenula i govorila zidu, onda ih druga osoba ne bi mogla čuti. "Sada postoje druge bezehoične komore diljem svijeta, a zbog ovih svojstava ovi su rezultati ponovljivi od sobe do sobe do sobe", dodaje.

Za što se danas koriste anehoične komore

Postoji mnogo načina za analizu zvuka u ovoj vrsti sobe bez jeke. Znanstvenici mogu okarakterizirati odjek određivanjem vremena koliko je vremena potrebno da se određeni zvuk smanji. U Bell Labsu postoje visokokvalitetni usmjereni mikrofoni koji su strateški postavljeni u prostoriji zajedno s opremom za lokalizaciju koja točno pokazuje gdje se ti mikrofoni nalaze u 3D prostoru. Oni mogu koristiti analizatore audio spektra koji gledaju frekvencijski odziv tih mikrofona, ili pomičite zvučnik u luku oko mikrofona da vidite kako se zvuk mijenja ovisno o tome gdje se nalazi je. Također mogu sinkronizirati zvukove i mjeriti uzorke smetnji.

[Povezano: Ovaj AI može iskoristiti zvuk za otkrivanje strukture nevidljivih prostora] 

Od svog nastanka, anehoična komora utrla je put mnogim inovacijama. Električni mikrofon, koji je zamijenio starije, nezgrapnije kondenzatorske mikrofone, izumljen je u Bell Labsu. Ispitivanje frekvencijskog odziva, performansi, obavljeno je u anehoičnoj komori. Proizvod tvrtke AT&T koji je poboljšao kvalitetu glasa u međugradskim telefonskim pozivima omogućen je zahvaljujući razumijevanju refleksije zvuka koje su se javljale u mreži i razvijanje matematike potrebne za poništavanje signala buke.

Nedavno se za rad dosta koristi komora u New Jerseyu digitalni blizanci, napominje Wilford, tehnološka strategija koja ima za cilj mapirati fizički svijet u virtualno okruženje. Dio te vjerne rekreacije treba uzeti u obzir i akustiku. Anehoična komora može pomoći istraživačima da razumiju prostorni zvuk ili kako pravi zvuk postoji u određenom prostoru i kako se može mijenjati dok se krećete kroz njega. Nakon ažuriranja, komora će imati bolja svojstva lokalizacije, što će omogućiti istraživačima da razumiju kako koristiti zvuk za lociranje gdje se objekti nalaze IoT aplikacije.

Prije nego što sam posjetio komoru bez jeke u The Cooper Union, Wilford je rekao da boravak u prostoriji "ponovno usklađuje vaša osjetila". Postao je sve svjesniji svojstava zvuka u stvarnom svijetu. Mogao je zatvoriti oči u konferencijskoj sobi i locirati gdje je govornik i približavaju li se ili udaljavaju, samo po tome kako im se glasovi mijenjaju. Pozadinski zvukovi koje je njegov um blokirao odjednom su postali očiti.

Nakon što sam izašao iz laboratorija u donjem Manhattanu, primijetio sam kako glasovi poskakuju u metalnom dizalu i kako zujanje iz klima uređaja lagano mijenja visinu dok okrećem glavu. Zujanje i klepetanje pozadinske buke na ulicama postalo je svjetlije, glasnije i jasnije.