По сути, уменьшив высоту звуковых волн, инженеры-исследователи из Мичиганского университета разработали способ разблокировать большее количество данных из акустических полей, чем когда-либо прежде.

Фото: CC0 Public Domain

Эта дополнительная информация может повысить производительность пассивных гидролокаторов и систем эхолокации для обнаружения и отслеживания противников в океане, устройств медицинской визуализации, систем сейсморазведки для обнаружения месторождений нефти и минералов и, возможно, радиолокационных систем.

«Акустические поля неожиданно богаче информацией, чем обычно думают», – сказал Дэвид Доулинг, профессор кафедры машиностроения U-M.

Он сравнивает свой подход к решению проблемы сенсорной перегрузки человека.

Сидя в комнате с закрытыми глазами, у вас не будет проблем с поиском того, кто говорит с вами на нормальной громкости, не глядя. Частоты речи находятся прямо в зоне комфорта для человеческого слуха.

Теперь представьте себя в той же комнате, когда сработала пожарная сигнализация. Этот раздражающий визг генерируется звуковыми волнами на более высоких частотах, и среди них вам будет трудно найти источник визга, не открывая глаз для получения дополнительной сенсорной информации. Более высокая частота звука дымовой сигнализации создает путаницу для человеческого уха.

«Методы, которые мы с моими учениками разработали, позволят практически любому сигналу сместиться в частотный диапазон, в котором вы больше не запутаетесь», – сказал Доулинг, исследования которого в основном финансируются ВМС США.

Военно-морские гидролокаторы на подводных лодках и надводных кораблях сталкиваются с подобной путаницей при поиске судов на поверхности океана и под волнами. Способность обнаруживать и обнаруживать вражеские корабли в море является важнейшей задачей для военных кораблей.

Сонарные массивы обычно предназначены для записи звуков в определенных частотных диапазонах. Звуки с частотами, превышающими предполагаемый диапазон массива, могут запутать систему; он может быть в состоянии обнаружить присутствие важного контакта, но все равно не сможет его обнаружить.

Каждый раз, когда звук записывается, микрофон играет роль человеческого уха, воспринимая амплитуду звука, которая изменяется во времени. Посредством математического вычисления, известного как преобразование Фурье, амплитуда звука в зависимости от времени может быть преобразована в амплитуду звука в зависимости от частоты.

С записанным звуком, переведенным в частоты, Доулинг использует свою технику. Он математически объединяет любые две частоты в пределах записанного частотного диапазона сигнала, чтобы раскрыть информацию вне этого диапазона на новой, третьей частоте, которая является суммой или разностью двух входных частот.

«Эта информация на третьей частоте – это то, чего у нас раньше не было традиционно», – сказал он.

В случае сонарного комплекса военно-морского судна эта дополнительная информация может позволить надежно определить местонахождение корабля или подводного средства противника с дальней дистанции или с помощью регистрирующего оборудования, которое не предназначено для приема записанного сигнала. В частности, возможно отслеживание расстояния и глубины противника на расстоянии сотен миль – далеко за горизонтом.

И то, что хорошо для военно-морского флота, также может быть полезно для медицинских работников, исследующих участки тела, которые труднее всего достать, например, внутри черепа. Аналогичным образом, можно также улучшить дистанционные сейсмические исследования, которые разрабатывают землю с целью поиска месторождений нефти или минералов.

«Наука, которая входит в биомедицинский ультразвук, и наука, которая входит в сонар ВМФ, практически идентичны», – сказал Доулинг. «Волны, которые я изучаю, – это скалярные или продольные волны. Электромагнитные волны являются поперечными, но они следуют аналогичным уравнениям. Также сейсмические волны могут быть как поперечными, так и продольными, но опять-таки они следуют аналогичным уравнениям.

«Существует много потенциальных научных точек соприкосновения и возможностей для расширения этих идей».

Исследование опубликовано в текущем издании Physical Review Fluids.

По материалам phys.org