Μέσα σε ένα δωμάτιο χωρίς ηχώ

Ένα από τα πιο ήσυχα μέρη στη Νέα Υόρκη είναι ένα δωμάτιο 520 κυβικών ποδιών στην άκρη του East Village. Κρυμμένος πίσω από μια βαριά, αναρροφημένη πόρτα, αυτός ο μικροσκοπικός χώρος είναι διακοσμημένος από όλες τις πλευρές με εκκεντρικές προεξοχές από υαλοβάμβακα σε σχήμα σφήνας. Αντί για δάπεδο από σκληρό ξύλο ή μοκέτα, υπάρχει ένα λεπτό μεταλλικό πλέγμα στο οποίο μπορούν να περπατήσουν οι επισκέπτες – κάτω από το οποίο υπάρχουν περισσότερες σφήνες από υαλοβάμβακα. Είναι ένας γεμάτος ανηχοϊκός θάλαμος, και είναι ο μοναδικός στην πόλη. Δεν υπάρχουν μυστικά μέσα, μόνο σιωπή. Η λέξη

ανηχοϊκός

από μόνο του σημαίνει «χωρίς ηχώ». Είναι το τέλειο μέρος για να μελετήσετε την επιστήμη του

ήχου

.

Το να στέκεσαι μέσα στο δωμάτιο είναι σαν να ζεις μέσα σε ένα τεράστιο ζευγάρι ακουστικών ακύρωσης θορύβου. Η ομιλία ακούγεται πιο απαλή, πιο στρογγυλή, πιο ήσυχη. Κάποιων τα αυτιά σκάνε ακόμα και όταν μπαίνουν στην αίθουσα. Και ενώ είναι σιωπηλό για μένα, η Melody Baglione, καθηγήτρια μηχανολογίας στη Σχολή Μηχανικών Albert Nerken της The Cooper Union, μου αποδεικνύει ότι δεν βιώνουμε την απόλυτη σιωπή. Καθώς μένουμε ακίνητοι και σιωπηλοί, το ηχόμετρο που κρατά πέφτει στα 18 ντεσιμπέλ (dBA). Όταν κάναμε τον ίδιο τύπο μέτρησης έξω στο

Εργα

στήριο Δονήσεων και Ακουστικής, το επίπεδο ήχου του περιβάλλοντος ήταν περίπου 40 dBA.

Η μονάδα

που μετράει ο μετρητής είναι η ηχητική πίεση σε ντεσιμπέλ, αλλά σταθμισμένη προς τις συχνότητες στις οποίες είναι πιο ευαίσθητο το ανθρώπινο αυτί.

Ο ήχος, όπως τον βιώνουμε, είναι ένα κύμα πίεσης που διαδίδεται από ένα δονούμενο αντικείμενο. Το κύμα μετακινεί σωματίδια σε περιβάλλοντα μέσα όπως αέρας, νερό ή στερεά ύλη. Όταν τα ηχητικά κύματα εισέρχονται στα ανθρώπινα αυτιά, περνούν ως μηχανικές δονήσεις μέσω μιας μεμβράνης που μοιάζει με τύμπανο και στους θύλακες των τριχών που στη συνέχεια στέλνουν ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο. Η απώλεια ακοής συμβαίνει όταν αυτά τα τριχοθυλάκια καταστραφούν. Τα τριχοθυλάκια υψηλότερης συχνότητας βρίσκονται στο τέλος αυτής της οδού και τείνουν να πηγαίνουν πρώτα.

«Οι υψηλότερες συχνότητες έχουν μικρότερα μήκη κύματος, επομένως τα ηχητικά κύματα υψηλότερης συχνότητας αλληλεπιδρούν με τις σφήνες στον ανηχοϊκό θάλαμο περισσότερο από τις χαμηλότερες συχνότητες», λέει ο Baglione. «Οι χαμηλότερες συχνότητες έχουν μεγαλύτερα μήκη κύματος και είναι πιο δύσκολο να απορροφηθούν. Χρειάζεσαι μεγαλύτερο δωμάτιο.» Υπάρχει επίσης ανθρώπινο λάθος—μερικές φορές οι μαθητές πέφτουν τα πράγματα στο πάτωμα και αυτή η ατέλεια προκαλεί έναν τρόπο αντανάκλασης του ήχου.

[Related: A look inside the lab building mushroom computers]

Τα ακίνητα στη Νέα Υόρκη είναι σε προνομιακή τιμή, έτσι αυτό το διαμέρισμα πέφτει στη μικρότερη πλευρά σε σύγκριση με εκείνα σε

Βάση της Πολεμικής Αεροπορίας

ή

εγκαταστάσεις δοκιμών για αυτοκινητοβιομηχανίες

. Μια μεγάλη ποικιλία έργων έχουν υποβληθεί σε δοκιμές στον ανηχοϊκό θάλαμο της The Cooper Union. Οι μαθητές έχουν χαρακτηρίσει τους θορύβους των drone για να καταλάβουν πώς να ακυρώσουν αυτούς τους ήχους. Έχουν συγκρίνει την ποιότητα ήχου ενός παραδοσιακού βιολιού με ένα 3D-εκτυπωμένο. Έχουν δοκιμάσει έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης για να ενημερώσουν τα σχέδια σιγαστήρα, τον εντοπισμό ήχου για

ρομπότ

, ακόμη και ακουστικά εικονικής πραγματικότητας. Ο Baglione λέει ότι έρχονται πάντα νέες προτάσεις για τη χρήση του θαλάμου.

Πώς λειτουργούν οι ανηχοϊκοί θάλαμοι;

Θόρυβος, αντηχήσεις και ηχώ είναι παντού, όλη την ώρα. Προς την

μηχανικός ενός χώρου

που μπορεί να εξαλείψει τα πάντα εκτός από τον αυθεντικό ήχο απαιτεί μια πανούργη χρήση υλικών και βαθιά γνώση σχετικά με τη φυσική και τη γεωμετρία.

«Η ποιότητα του ήχου είναι συχνά πολύ υποκειμενική. Ο ήχος είναι θέμα αντίληψης και της εμπειρίας μας και των προσδοκιών μας», λέει ο Paul Wilford, διευθυντής έρευνας στο

Nokia Bell Labs

. «Στη δουλειά μας, κυρίως μέσω του ανηχοϊκού θαλάμου, μάθαμε ότι ο ήχος που ακούμε απευθείας από μια πηγή μπορεί να είναι στην πραγματικότητα σε χαμηλότερο επίπεδο από τον ήχο που προέρχεται από την αναπήδηση των τοίχων ή την αντήχηση μέσα από ένα δωμάτιο». Η αίθουσα στην οποία αναφέρεται είναι αυτή στο Murray Hill του New Jersey, που είναι

το πρώτο στο είδος του

. Το δωμάτιο κατασκευάστηκε αρχικά το 1947 και επί του παρόντος βρίσκεται υπό ανακαίνιση.

Ως εταιρεία επικοινωνιών, ο ήχος είναι ένα μεγάλο μέρος αυτού που κάνει η Nokia. Και χρειάζονταν έναν τρόπο να ποσοτικοποιούν την ποιότητα του ήχου, ώστε να μπορούν να σχεδιάζουν καλύτερα μικρόφωνα, ηχεία και άλλες

συσκευές

. «Αυτό που σχεδιάστηκε να είναι ο ανηχοϊκός θάλαμος είναι ένα ισχυρό περιβάλλον, μια συσκευή μέτρησης, ένα ακουστικό εργαλείο όπου μπορείτε να κάνετε υψηλής ποιότητας, αξιόπιστες, επαναλαμβανόμενες, ακουστικές μετρήσεις», εξηγεί ο Wilford.

[Related:


A Silent Isolation Room For Satellites


]

Ο ήχος μπορεί είτε να ανακλαστεί, είτε να απορροφηθεί ή να μεταδοθεί μέσω ενός μέσου. Μελετώντας τη φυσική του τρόπου με τον οποίο διαδίδεται ο ήχος στον αέρα, οι ερευνητές στο Bell Labs κατέληξαν σε σφήνες που είναι κατασκευασμένες από υαλοβάμβακα με βάση τον αφρό, εγκλωβισμένα σε συρμάτινο πλέγμα. ο

αντίσταση αυτού του υλικού

ταιριάζει με τα εισερχόμενα ηχητικά κύματα, ώστε να μπορεί να το απορροφήσει αντί να το αντανακλά. Τα ηχητικά κύματα χτυπούν αυτούς τους κώνους βάθους πέντε ποδιών και παγιδεύονται. Οι σφήνες είναι η τυπική σχεδιαστική επιλογή για ανηχοϊκούς θαλάμους.

“Αυτό σημαίνει ότι αν στέκεστε σε αυτό το δωμάτιο και υπάρχει μια πηγή που εκπέμπει ήχο, το μόνο που ακούτε είναι αυτή η άμεση πηγή”, λέει ο Wilford. «Κατά κάποιον τρόπο, είναι ο καθαρός ήχος που ακούς». Εάν υπήρχαν δύο άτομα στο δωμάτιο, και ο ένας από αυτούς γύριζε και μιλούσε στον τοίχο, τότε ο άλλος δεν θα μπορούσε να τους ακούσει. «Υπάρχουν και άλλοι ανηχωικοί θάλαμοι σε όλο τον κόσμο τώρα, και λόγω αυτών των ιδιοτήτων, αυτά τα αποτελέσματα είναι επαναλαμβανόμενα από δωμάτιο σε δωμάτιο», προσθέτει.

Για ποιους ανηχοϊκούς θαλάμους χρησιμοποιούνται

σήμερα

Υπάρχουν πολλοί τρόποι ανάλυσης του ήχου σε αυτόν τον τύπο δωματίου χωρίς ηχώ. Οι επιστήμονες μπορούν να χαρακτηρίσουν την αντήχηση προσδιορίζοντας το χρόνο που χρειάζεται για να αποσυντεθεί ένας συγκεκριμένος ήχος. Στα εργαστήρια Bell, υπάρχουν κατευθυντικά μικρόφωνα υψηλής ποιότητας που είναι στρατηγικά τοποθετημένα στο δωμάτιο μαζί με εξοπλισμό εντοπισμού που εντοπίζει πού βρίσκονται αυτά τα μικρόφωνα στον τρισδιάστατο χώρο. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν αναλυτές φάσματος ήχου που εξετάζουν την απόκριση συχνότητας αυτών των μικροφώνων ή να μετακινήσουν ένα ηχείο σε ένα τόξο γύρω από το μικρόφωνο για να δουν πώς αλλάζει ο ήχος ανάλογα με το πού βρίσκεται. Μπορούν επίσης να συγχρονίσουν ήχους και να μετρήσουν μοτίβα παρεμβολών.

[Related:


This AI can harness sound to reveal the structure of unseen spaces


]

Πρόσφατα, ο θάλαμος στο Νιου Τζέρσεϋ έχει χρησιμοποιηθεί πολύ για εργασία με ψηφιακά δίδυμα, σημειώνει ο Wilford, μια στρατηγική τεχνολογίας που στοχεύει στη χαρτογράφηση του φυσικού κόσμου σε ένα εικονικό περιβάλλον. Μέρος αυτής της πιστής αναψυχής πρέπει να λαμβάνει υπόψη την ακουστική. Ο ανηχοϊκός θάλαμος μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν τον χωρικό ήχο ή πώς υπάρχει πραγματικός ήχος σε έναν δεδομένο χώρο και πώς μπορεί να αλλάξει καθώς κινείστε μέσα από αυτόν. Μετά από ενημερώσεις, ο θάλαμος θα έχει καλύτερες ιδιότητες εντοπισμού, οι οποίες θα επιτρέψουν στους ερευνητές να κατανοήσουν πώς να χρησιμοποιούν τον ήχο για να εντοπίσουν πού βρίσκονται τα αντικείμενα σε εφαρμογές IoT.

Πριν επισκεφτώ τον ανηχοϊκό θάλαμο στο The Cooper Union, ο Wilford μοιράστηκε ότι το να είσαι στο δωμάτιο «ξανασυντονίζει τις αισθήσεις σου». Έχει ολοένα και περισσότερο συνειδητοποιήσει τις ιδιότητες του ήχου στον πραγματικό κόσμο. Μπορούσε να κλείσει τα μάτια του σε μια αίθουσα συνεδριάσεων και να εντοπίσει πού βρισκόταν ο ομιλητής και αν κινούνταν πιο κοντά ή πιο μακριά, ακριβώς από το πώς αλλάζουν οι φωνές τους. Οι θόρυβοι του περιβάλλοντος που απέκλεισε το μυαλό του έγιναν ξαφνικά εμφανείς.

Αφού βγήκα έξω από το εργαστήριο στο κάτω Μανχάταν, παρατήρησα πώς οι φωνές αναπήδησαν στο μεταλλικό ασανσέρ και πώς το βουητό από το κλιματιστικό αλλάζει ελαφρά τον τόνο καθώς γυρίζω το κεφάλι μου. Το βουητό και η φλυαρία του θορύβου του περιβάλλοντος στους δρόμους έγιναν πιο φωτεινά, πιο δυνατά και πιο καθαρά.