Архив метки: инструментальные транс-коммуникации

Новый канал связи «вода-воздух»

(Январь 2018, сюжеты НБКР)

Любопытная новость в развитие предыдущего материала – из области инструментальных транс-коммуникаций между средами с разными физическими свойствами.

Сконструированный учеными новый материал способен эффективно передавать звуки между водой и воздухом – причем в ту и другую сторону.

Вода имеет намного большую плотность, чем воздух, и передает звук с большей скоростью. Для физики распространения волн это несоответствие скоростей означает, что когда звук, проходящий в воде, достигает её границы с воздухом, то свыше 99,8% звуковой энергии отражается обратно интерфейсом между разными средами.

Дабы улучшить передачу звукового сигнала из одной среды в другую, коллективом корейских ученых из университета Yonsei в Сеуле создан особая «метаповерхность». То есть специфической структуры материал, состоящий из массива крошечных элементов, позволяющих изменять форму сигнала весьма особенным образом, чего обычные естественные материалы делать не могут.

Когда звуковые волны, приходящие из воды, достигают поверхности «приемопередатчика» из этого материала толщиной 4,8 миллиметра, то там они проходят по особым каналам–цилиндрам, каждый из которых содержит наполненную воздухом полость и латексные мембраны.

Благодаря такой конструкции «метаповерхности», звуковые волны, отражающиеся от различных частей структуры, взаимодействуют друг с другом так, чтобы сокращалось общее отражение энергии обратно в воду. Результатом же такого перераспределения энергии становится то, что сигнал вторичной волны, передаваемой в воздух, усиливается примерно в 160 раз, так что теперь в среду воздуха переходит 30% исходной энергии звука.

Среди потенциальных областей применения новой технологии авторы упоминают морскую биологию, поскольку теперь есть возможность применять уже имеющиеся чувствительные микрофоны, разработанные для работы воздухе, для выявления, записи и анализа звуков подводных.

#

Идейно похожая конструкция пассивного приемо-передатчика на основе цилиндрической полости и мембраны была изобретена Львом Терменом в 1940-е годы – для работы в качестве подслушивающего устройства. Технология весьма успешно применялась сначала советской разведкой, а затем и перенявшими её англо-американскими спецслужбами. Подробности см. в материалах «Крипто-акустика» и «Секреты дальночувствия».

Основной источник:
Metasurface for Water-to-Air Sound Transmission
Eun Bok, Jong Jin Park, Haejin Choi, Chung Kyu Han, Oliver B. Wright, and Sam H. Lee
Phys. Rev. Lett. 120, 044302 – Published 26 January 2018

Секретная гидрофония с открытым ключом

(Октябрь 2001)

Подводные коммуникации – дело крайне непростое. Инженеры многие десятилетия бьются над созданием надежных и дальнодействующих систем связи для подводников, однако вплоть до нынешнего времени для приема и передачи сообщений на глубине чаще всего продолжают использовать несложные устройства под названием гидрофоны.

Но звуковые волны в океане имеют тенденцию разбегаться во всех направлениях, многократно отражаясь от дна и поверхности воды, плюс активно интерферируя с собственными отражениями. Поэтому даже на сравнительно небольших расстояниях акустический сигнал от одного гидрофона до другого доходит зачастую в чудовищно искаженном виде, слабо поддающемся восстановлению и пониманию.

Так что более-менее приличные результаты связи эта техника дает лишь на больших глубинах, а для дальней связи с берегом или другими кораблями подлодкам приходится либо всплывать, либо использовать плавающую на поверхности антенну. И тот, и другой метод, ясное дело, плохо подходят для тайных операций, которые так любят возлагать на субмарины.

Новая оригинальная идея недавно пришла в голову Джефу Эдельману (www.geoffreyedelmann.com) и его коллегам по Институту океанографии в Сан-Диего. Они решили воспользоваться для связи специфической методикой эхолокации, обычно применяемой на флоте при поиске вражеских подводных лодок и именуемой «акустическое обращение времени».

Читать далее Секретная гидрофония с открытым ключом

BackDoor, или нелинейная магия ультразвука

(Август 2017)

В области электроники для обработки акустических сигналов открыта новая примечательная технология. Одновременно у новинки обнаруживается множество корней, уходящих вглубь тысячелетий – но об этом стараются не говорить…

Новый взгляд на известные вещи

В последних числах июня 2017 среди ландшафтов Ниагарского водопада проходила очередная международная конференция MobiSys 2017, на которую ежегодно собираются представители науки и индустрии, занимающиеся развитием обширной области под названием «системы мобильных коммуникаций».

По завершении данного мероприятия, как это здесь заведено, специальное жюри критически оценило все сделанные на конференции доклады и выбрало среди них самый лучший, отметив работу почетным призом. В нынешнем году победителем конкурса стала работа под названием «БэкДор: заставляя микрофоны слышать неслышные звуки» («BackDoor: Making Microphones Hear Inaudible Sounds«, by Nirupam Roy, Haitham Hassanieh, Romit Roy Choudhury, PDF ).

Самую замечательную особенность этого исследования, проведенного учеными Университета Иллинойса в Шампань-Урбана, можно охарактеризовать, по мнению коллег, как существенно новый и оригинальный взгляд на нелинейные свойства аппаратуры для обработки аудиосигналов.

Согласно общепринятым воззрениям, линейность акустического сигнала – то есть возможность принимать его очень слабым, а затем усиливать и передавать без каких-либо искажений – является важнейшим условием для качественной работы всякой аудиоаппаратуры. Нелинейное же поведение таких сигналов, соответственно, с давних пор принято рассматривать как крайне нежелательный эффект, порождающий разного рода искажения и мешающий чистой передаче звука. Отчего с нелинейностью в акустике обычно принято бороться и всячески её подавлять.

Теперь же учеными разработана особая методика и сконструированы устройства, которые позволяют смотреть на проблему в корне иначе, предоставляя массу возможностей для извлечения из нелинейности всяческой пользы. Аккуратно формируя специфические ультразвуковые сигналы, исследователи продемонстрировали неожиданный феномен: генерируемые подобным образом звуки совершенно не слышны для людей, но при этом хорошо регистрируются и записываются никак не модифицированными обычными микрофонами.

Столь интересная особенность новой нелинейной акустики – всегда оставаться за пределами слышимости для людей, но отчетливо и громко появляться в аудиозаписях – при творческом или коммерческом подходе к делу может воплощаться во множество новых приложений. Начиная от акустических «водяных знаков» или неслышных аудио-коммуникаций между устройствами «интернета вещей» и заканчивая ультразвуковой защитой конфиденциальных переговоров с помощью неслышного глушения всех подслушивающих устройств.

Но особенно интересные аспекты новой технологии – это такие, о которых ее разработчики не говорят ни слова. Однако и с данными гранями новшества разбираться тоже надо обязательно. Ибо концептуально близких и просто очевидно родственных технологий-предшественников здесь на самом деле имеется довольно много.

Самое же главное, что слои непроявленных взаимосвязей здесь необычайно богаты и уходят вглубь тысячелетий. Ну а надлежащее освоение всех этих вещей позволяет сильно иначе смотреть не только на загадки истории или тайны устройства нашего организма, но и на куда более масштабную тему – о смертности тела и бессмертии сознания человеческого…

Читать далее BackDoor, или нелинейная магия ультразвука