Почти 400 лет назад юный Исаак Ньютон обнаружил, что прозрачная призма разделяет белый свет на все цвета радуги. Каждый цвет в спектре соответствует разной длине волны. Оптическая призма использует физический эффект преломления света, чтобы разбить белый свет на составляющие.

Достаточно единственного микрофона, чтобы определить угол «призмы» к источнику звука

Эрве Лиссек и его изобретение — акустическая призма (алюминиевая трубка с отверстиями на переднем плане)

Теперь у Ньютона появился достойный ученик — Эрве Лиссек (Hervé Lissek) из Федеральной политехнической школы Лозанны. Вместе со своей группой в лаборатории обработки сигналов 2 он разработал «призму» для разделения не света, а звука на составляющие. Акустическую призму.

Конструкция и возможные области применения акустической призмы описаны в научной работе, которая опубликована в журнале Journal of the Acoustical Society of America (doi: 10.1121/1.4949544).

Оптические призмы широко встречаются в природе в виде капель воды, а вот акустическая призма — полностью рукотворная конструкция. Это прямоугольная алюминиевая трубка с десятью тщательно выверенными отверстиями с одной стороны.

За каждым отверстием находится кубическая полость, заполненная воздухом, а соседние полости отделены друг от друга мембранами.

Конструкция акустической призмы

Когда звук входит в трубку с одной стороны, его высокочастотные компоненты сразу же выходят в близлежащие отверстия, а низкочастотные компоненты двигаются дальше по трубке. Чем ниже частота, тем в более дальнем отверстии выйдет звук. Как и в оптической призме, здесь звук тоже рассеивается, и угол рассеяния зависит от длины волны.

Ключевым элементом конструкции акустической призмы являются мембраны, поскольку они вибрируют и передают звук в соседние полости с задержкой, которая зависит от частоты звука. Собственно, «задержанный» таким образом звук и выходит через отверстия, а остальной идёт дальше.

Размышляя над своим изобретением, Эрве Лиссек осознал, что акустическая призма может работать как антенна, которая способна определять направление на источник звука, просто измерив частоту рассеянного звука и сравнив с оригиналом. Поскольку каждый угол рассеяния соответствует определённой частоте, то достаточно измерить микрофоном основной частотный компонент, чтобы определить, под каким углом от призмы находится источник звука. Для этого не нужно поворачивать антенну.

Точность определения направления звука на стационарной установке с одним микрофоном проверена экспериментально.

Конструкция призмы довольно проста. Все её компоненты легко изготовить, в том числе в миниатюрном размере. Таким образом, её можно применять как дешёвую альтернативу существующим системам детектирования звука, которые предполагают использование дорогих массивов микрофонов или подвижных антенн.