Geluid richten
als een laserstraal

„Een traditionele speaker verspreidt geluid op dezelfde manier als een gloeilamp die licht uitzendt. De golven waaieren alle kanten op. Het door mij ontworpen Audio Spotlight zendt een smalle bundel geluidsgolven uit. Als je een luidspreker vergelijkt met een gloeilamp, is mijn vinding een laser.”

Aan het woord is de Amerikaan Frank Joseph Pompei, ontwerper van Audio Spotlight en werkzaam aan het Media Lab van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston. Geluid fascineert de 28-jarige onderzoeker al van jongs af aan. In zijn vrije tijd speelt hij fluit en basgitaar.

Twee jaar geleden verbaasde Pompei de muzikale wereld door in een zaal stampvol geluidsdeskundigen via zijn luidspreker saxofoonmuziek ten gehore te brengen. Tijdens de voorstelling kreeg de jonge onderzoeker een staande ovatie. Niet om de fantastische geluidskwaliteit, maar omdat de muziek lang niet overal in de zaal te horen was. Sinds die tijd heeft hij zijn Audio Spotlight steeds verder geoptimaliseerd.

Museum
Gericht geluid heeft volgens Pompei vele toepassingen en maakt een hoofdtelefoon op den duur overbodig. „Een winkel die bij sommige producten in de schappen extra informatie geeft, een dansvloer waarnaast een goed gesprek mogelijk is en een methode om de vijand in verwarring te brengen in tijden van oorlog.”

Geluid richten met een smalle bundel is niet de enige eigenschap van Audio Spotlight. „Het geluid kan ook via de wand weerkaatsen. Het is mogelijk om in een museum een gesproken toelichting vanuit een speaker in het plafond via een schilderij te weerkaatsen naar de bezoekers die het kunstwerk bewonderen. Wanneer iemand wegloopt, kan hij binnen een paar passen het geluid niet meer horen.”

Dodge
In Amerika rijden al auto's rond die zijn uitgerust met een prototype van Audio Spotlight. Het gaat om de Dodge MAXXcab, een pick-up van DaimlerChrysler, waar boven de hoofden van bestuurder en passagiers in totaal vier speakers –plat als een pannenkoek– zitten.

De auto heeft meer technische hoogstandjes: een navigatiesysteem dat reageert op het stemgeluid van de chauffeur en faciliteiten zoals e-mail, telefoon, videospelletjes en film. De luidspreker boven de bestuurder levert bijvoorbeeld navigatienieuws, terwijl de kinderen op de achterbank allebei naar de achtergrondmuziek van hun eigen computerspelletje luisteren.

Ultrasoon geluid
Pompei benadrukt dat Audio Spotlight niet is gebaseerd op uitdoving van geluid, maar de golven als een smalle bundel uitzendt. „Zoals een lichtbundel is omgeven met duisternis, is de geluidsbundel nagenoeg omgeven door stilte. Alleen in een kleine ruimte vol meubels veroorzaken reflecterende geluidsgolven een vaag gemurmel.”

Het hart van de luidspreker wordt gevormd door een transducer, een apparaat dat elektrische stroompjes omzet in beweging (geluidsgolven). De transducer van Pompei produceert ultrasoon geluid, dat een golflengte heeft van slechts enkele millimeters en niet hoorbaar is voor het menselijk oor. 'Gewone' geluidsgolven hebben een golflengte van tientallen centimeters.

Ultrasoon geluid vormt van nature een smalle bundel en is in principe niet hoorbaar. Dat er in de praktijk toch iets te horen is, komt doordat de bundel door botsingen met luchtdeeltjes enigszins van vorm verandert en zo hoorbare delen krijgt. Door het –voorspelbare– effect van de lucht op de bundel wiskundig te berekenen, weet Pompei welke ultrasone bundel het gewenste geluid geeft. De transducer vormt het gewone geluidssignaal om tot een geschikte combinatie van ultrasoon geluid die na botsing met moleculen in de lucht dezelfde hoorbare klanken oplevert.

De bundel heeft een breedte van 3 graden. Tot een afstand van 100 meter is de muziek goed te beluisteren. Pompei en zijn team werken hard aan een transducer die een afstand van 200 meter mogelijk maakt.

Bastoon
De geluidsinstallatie van Pompei is niet goedkoop. De jonge onderzoeker neemt aan dat een complete uitrusting een paar duizend dollar zal gaan kosten. Serieproductie zal de prijs in de toekomst wel naar beneden drukken, verwacht hij.

Pompei heeft bewezen dat het in de praktijk mogelijk is om geluid te bundelen en werkt hard om zijn techniek te perfectioneren. „De geluidskwaliteit komt dicht in de buurt van de traditionele luidspreker. Lage tonen vormen nog een probleem. Er is veel ultrasoon geluid nodig om een bastoon te produceren. Daardoor is op dat moment de totale kwaliteit iets lager.”

Toepassing van de boxen in de auto brengt andere problemen met zich mee. Het volume dat de boxen in de Dodge produceren, is niet spectaculair, legt de technicus uit. „Audio Spotlight is geoptimaliseerd voor de situatie waarin er een grote afstand is tussen luisteraar en speaker. In de auto is dat niet te realiseren. Dat gaat ten koste van de geluidssterkte. Verdere ontwikkeling van dat deel van de luidspreker dat het geluid omvormt, de transducer, moet het probleem oplossen.”