• Lucas C. L. Falcão

Metamateriais e lentes acústicas: criando holofotes de som

Atualizado: 18 de Jul de 2019

Se você lê nossos artigos rotineiramente, vai perceber que esta não é a primeira vez que falamos sobre metamateriais. Em outra oportunidade falamos sobre um grupo de pesquisadores da Universidade de Boston que haviam descoberto uma aplicação interessantíssima para metamateriais: seria possível criar um dispositivo capaz de isolar até 95% do som sem que houvesse bloqueio da passagem de ar. Não há dúvidas de que este é um resultado impressionante, mas não é novidade que os metamateriais vieram para nos surpreender e prometem mudar praticamente todas as formas com que lidamos com o som.


Um grupo de pesquisadores da Universidade de Sussex, no Reino Unido, também está pesquisando aplicações inusitadas de metamateriais e recentemente fizeram uma interessante contribuição para a acústica. Estes pesquisadores descobriram que seria possível, através de metamateriais, aplicar as mesmas leis da óptica na acústica [1]. Já imaginou se pudéssemos focar o som de um alto-falante da mesma forma que focamos a luz através de lentes? Foi exatamente isto que estes pesquisadores descobriram: é possível utilizar metamateriais como verdadeiras lentes acústicas, permitindo que o som seja direcionado de diferentes formas criando vários efeitos que antes só eram possíveis com imagens.


Lentes acústicas - como funcionam?

As lentes acústicas são nada mais que metamateriais comuns. Os metamateriais, por sua vez, podem ser feitos de qualquer matéria-prima, seja madeira, papel, borracha ou plástico, mas quando moldados em uma geometria particular adquirem características incomuns [2].

Figura 1: Lentes acústicas feitas de metamateriais [1]

A lentes acústicas, ou vari-sound, como chamam os pesquisadores, são capazes de focar, aumentar e criar vários outros efeitos. A aplicação é bastante simples: depois de projetar a peça e imprimir em uma impressora 3D industrial, bastaria apenas colocá-la na frente de uma fonte sonora para escutar o resultado. Assim como funciona com as lentes no campo da óptica, as peças funcionam de forma totalmente passiva, sem necessidade de nenhum circuito ou componente eletrônico.


Quais são as possíveis aplicações?

Uma das possíveis aplicações descritas pelos autores da pesquisa é a construção de um colimador acústico [1]. Colimadores são utilizados no campo da óptica para criar feixes de luz extremamente direcionais. É o mesmo princípio utilizado para criar holofotes, mas agora aplicado à acústica. Com isso seria possível suprir a falta de cobertura em um teatro, por exemplo, utilizando alto-falantes altamente direcionais. A outra vantagem de utilizar um dispositivo deste tipo é a possibilidade de aumentar a máxima distância entre fonte e receptor e torná-la muito maior do que em um caso típico sem a lente acústica [1].


Figura 2: Exemplo de como se comportaria um colimador acústico dentro de uma sala de cinema [1]

Também foi descrito no artigo a possibilidade de utilizar os metamateriais para criar lentes de aumento de fontes sonoras. Com elas seria possível aumentar o “tamanho” da fonte sonora de acordo com a distância entre fonte sonora, receptor e lente acústica. Já imaginou estar sentado no sofá e ter a sensação de que a fonte sonora está bem mais próxima de você do que a televisão? Com efeitos visuais 3D esta aplicação torna-se ainda mais interessante! Talvez agora seja possível não só mover a imagem, mas também a fonte sonora na sua direção durante um filme 3D.

Figura 3: Transportando a imagem de um alto-falante para mais próximo do receptor com lentes acústicas [1]

Uma outra possibilidade para as lentes de aumento é permitir isolar o barulho de uma parte de um motor que se deseja monitorar ou até mesmo melhorar a captação da voz feita por smart speakers. Aumentar a sensibilidade de microfones, torná-los mais direcionais e melhorar a razão sinal-ruído em captações são tecnologias extremamente desejadas pela indústria e que agora podem estar bem próximas de serem atingidas.


O que ainda está por vir?

Os pesquisadores acreditam que estas descobertas, assim como tantas outras relacionadas aos metamateriais, abrem várias portas para novas aplicações. Letizia Chisari e Jonathas Eccles, estudantes envolvidos no projeto e co-autores do artigo, acreditam que os metamateriais mudarão drasticamente a forma como lidamos com a acústica assim como a forma como entregamos o som em teatros, salas de concerto ou até mesmo na rua [3]. É possível até que consigamos, em um futuro próximo, entregar em salas de concerto e auditórios o mesmo nível de intimidade que só é possível com o uso de fones de ouvido.


Embora a tecnologia por si só já seja surpreendente, os desafios ainda são imensos. A indústria vem diminuindo o tamanho dos alto-falantes e dos produtos de áudio cada vez mais e as tecnologias recém descobertas com metamateriais ainda não conseguem acompanhar esta tendência. Além disso, mais estudos dos efeitos destes dispositivos na psicoacústica ainda são necessários, já que testes com usuários ainda não foram realizados.


Se você trabalha com áudio e acústica, ainda vai ler muita coisa sobre aplicações de metamateriais no futuro. A tendência é que esta área seja cada vez mais estudada e receba ainda mais incentivos em pesquisa, por isso não se surpreenda se a busca por metamateriais for personagem principal em uma nova corrida tecnológica no mundo do áudio.


Quer ler mais sobre metamateriais? Temos um outro artigo que pode te interessar bastante. Nele falamos sobre a criação de um dispositivo que poderia isolar até 95% do som sem bloquear a passagem de ar por dentro dele. Para ler o artigo completo basta clicar aqui.


Espero que tenhamos conseguido passar um pouco mais sobre acústica para vocês e que continuem lendo nossos posts.


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Referências:

[1] MEMOLI, Gianluca et al. VARI-SOUND: A Varifocal Lens for Sound. In: Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 2019. p. 483.


[2] Kennedy, Matt. Metamaterial-based acoustic lenses focus on the future of super-targeted speakers and microphones, 2019. Disponível em: <https://newatlas.com/metamaterial-targeted-directional-speakers-microphones/59586/>. Acesso em: Maio de 2019.


[3] Vowles, Neil. How to create a spotlight of sound with LEGO-like bricks, 2019. Disponível em: <https://www.sussex.ac.uk/news/media-centre/press-releases/id/48605>. Acesso em: Maio de 2019.


[4] Zhang, Xiang et al. Metamaterial, 2016. Disponível em: <https://www.britannica.com/topic/metamaterial>. Acesso em: Março de 2019.

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