По сути, уменьшив высоту звуковых волн, инженеры-исследователи из Мичиганского университета разработали способ разблокировать большее количество данных из акустических полей, чем когда-либо прежде.
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.
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 разработали мы с моими учениками, 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 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.
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 комбинирует любые две частоты в пределах записанного частотного диапазона сигнала, чтобы раскрыть информацию за пределами 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», - сказал он.
В случае сонарной группы военно-морского судна эта дополнительная информация может позволить надежно определить местонахождение корабля или подводного средства.
И то, что хорошо для военно-морского флота, может быть полезно и 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, являются скалярными или продольными волнами. 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».
