空気から音を生み出す!レーザー光だけで特定の人に音を伝える新技術

technology 2019/01/26

Point
■受信機などの機材を使わず、レーザー光だけで特定の人にだけ音を伝達する技術が開発される
■水蒸気にレーザー光を吸わせて振動させることで、音を再現するという方法がとられている
■市販の機材のみを用いた実験で、伝達できた距離は2.5mだが、規模を大きくするのは難しくない

なんとも未来な技術です。受信機などの装置を使うことなく、特定の人にレーザーを使って音を伝える技術が実証されました。

MITの研究者達は、2つの異なるレーザー技術を使って、様々な音程や音楽、録音されたスピーチなどを会話で使えるボリュームで伝えられることを報告しています。空気を介して特定の標的に音の信号を伝える能力は、うるさい部屋での会話や乱射事件などで個人に警告を送ることなどに使えると考えられます。研究は「Optics Letters」で発表されました。

Photoacoustic communications: delivering audible signals via absorption of light by atmospheric H2O
https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-3-622

研究チームのリーダー、チャールズ・M・ウィンは、「私たちのシステムを使えば、離れた人の耳に直接情報を照射することができます。目や皮膚への安全性にも問題はありません。これは、どの様な環境でも特定の個人に音声シグナルを送れるレーザーを使った最初のシステムです」と語っています。

空気から音を生み出す

この技術の新たなアプローチは、光音響効果と呼ばれる、物質が光を吸収した際に音波が形成される現象に基づいています。今回の場合では、空気中の水蒸気に光を吸わせて音を生み出しています。

これは、比較的乾いた環境でも機能します。どんな空気にもわずかな水蒸気は含まれており、特に人の周辺では水蒸気は多くなります。また、水に強く吸収される波長のレーザーを使うことで、必要な水蒸気を減らせることが判明。これは重要な点で、強く吸収されると音がたくさん出るようになります。

この音の伝達法の一つは、動的光音響分光法(DPAS)と呼ばれる化学物質の検出のために開発された方法から発展ものです。以前の研究では、レーザー光の走査(スイーピング)を音速にまで落とすことで、化学物質の検出感度を改善できることが発見されています。

「音速は、機能させる上で非常に特別なスピードです。新たな論文では、水に吸収される波長での音速によるレーザーのスイーピングは、音を生み出す上で効果的な方法であることを示しました」と、筆頭著者のライアン・M・スレンバーガーは述べています。

DPASを応用したアプローチでは、音程を異なる周波数に符号化するために、スイープレーザーの波長を変化させます。レーザースイーピング技術に特徴的な側面の一つは、音が聞こえるのは発信機から特定の距離だけ離れたときだけであるということです。つまり、光の伝達路に入る他の人達に聞かれずに、任意の人だけに音を届けられるということです。これは同時に、複数個人を標的にしたメッセージングの可能性をも開かれたことになります。

実験室での試験

Credit: osapublishing

実験室において、市販の機材によってレーザースイーピング技術を使うことで、2.5メートル先に60デシベルの音を届けられることがわかりました。研究者は、「遠くまで届くように規模を大きくするのはそれほど難しいことではない」と考えているとのこと。

他にも、レーザースイーピング技術を用いない、従来の光音響を使った方法の試験も行いました。音の符号化はレーザーの出力を変えることで行います。

これら2つの方法には、トレードオフの関係があります。従来の光音響法だと音の再現度が高く、レーザースイーピングの方法だと、音量を高めることができるのです。

研究者たちの次の目標は、屋外での実験で距離をもっと離すこと。最終的には商業化して一般に広く使われるような技術にしたいと、抱負を語っています。

 

遠く離れた友達と、テクニカルなひそひそ話ができそうな夢のある技術です。受け取る側には、何の機材も必要ないため、利用される局面としては、公共スペースでの各個人への注意呼びかけなどでしょうか。でも、こち亀の両さんならいろんな悪用法を思いつくんでしょうね。例えば、ギャンブルや試験やらで…。

眼からレーザーを放出できるコンタクトレンズを開発

reference: The Optical Society of America / written by SENPAI

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