Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 211

Оптические циркуляторы используются в оптоволоконных сетях передачи данных и представляют собою аналог электронного циркулятора, работающего со световыми волнами. Такие устройства применяются в системах связи и оптоволоконных датчиках и позволяют, в частности, передавать сигнал в двух направлениях по одному оптоволокну.

Похожий принцип было решено реализовать и для акустических волн. Звуковые волны как механические колебания в различной среде, в том числе в воздухе, при отсутствии непреодолимых помех способны распространяться в двух прямо противоположных направлениях. Для того чтобы изменить направление или заблокировать распространение акустических волн необходимо было создать такие препятствия. Учёные воспользовались для этого самой средой — воздухом, который был организован в потоки при помощи нескольких вентиляторов.

Прототип акустического циркулятора представляет собой изготовленный из металла шестиугольник, в центре которого расположена кольцевая резонирующая полость диаметром около 20 сантиметров. Внутри резонатора установлены три небольших вентилятора, скорость вращения которых задаёт и регулирует специально запрограммированный микропроцессор. 

C трёх сторон циркулятора расположены три отверстия с присоединёнными к ним трубкам — выходным каналам, на конце каждой из которых расположен микрофон. В процессе работы устройства звук, проходящий через резонатор, может направляться от одной трубки к другой, при этом волны будут распространяться лишь в одном направлении, то есть звук, поданный через отверстие А будет слышен через отверстие B, но если попытаться передать звук через отверстие B, то он не будет слышен через отверстие A, но будет слышен в отверстии C.

http://www.youtube.com/watch?v=qf5ng6E4ThI

Если устройство выключено, то есть ни один кулер не работает, то звук распространяется через него естественным образом, то есть, к примеру, заходя через отверстие A, он разделяется на симметричные потоки, выходящие через отверстия B и C. Но при включённых вентиляторах за счёт противодействия воздушного потока создаются искусственные препятствия, нарушающие такой порядок. Правильно выбрав скорость встречного потока относительно ширины резонатора и длины звуковой волны, можно полностью заблокировать распространение звука к одному из отверстий. Воздушный поток, создаваемый вентиляторами, движется только в одном направлении, обеспечивая тем самым однонаправленное распространение звуковых волн. По мнению разработчиков, первый в своём роде акустический циркулятор может быть с лёгкостью настроен на работу с разными звуковыми частотами.

Как отмечает один из авторов изобретения, инженер-электротехник в Университете штата Техас в Остине Андреа Алу, в более широком смысле, эта работа доказывает существование нового физического механизма преодоления симметрии по отношению к обращению времени, допускающего невзаимную передачу волн. В свою очередь, это открывает новые возможности развития акустики. Алу считает, что использование этого принципа, возможно, позволит сконструировать более простые, миниатюрные и дешёвые электронные циркуляторы, другие электронные компоненты для беспроводных устройств и даже создать однонаправленные каналы связи для световых волн. В настоящее время разработчики акустического циркулятора заняты созданием прототипа такого устройства, которое бы не имело движущихся частей и благодаря этому было бы менее шумным и более надёжным. Кроме того, параллельно ведутся исследования по применению того же принципа к разработке изоляторов и циркуляторов для радио- и световых волн.

Работа по созданию акустического циркулятора была поддержана Агентством по предотвращению военной угрозы Миистерства обороны США и Научно-исследовательской лабораторией Военно-воздушных сил США. Однако несмотря на самое очевидное возможное применение такого устройства в оборонных целях, существует и масса других способов его использования. 

Помимо чисто «шпионских» гаджетов, открытый учёными из Остина принцип может быть положен в основу звукоизоляционных систем нового поколения.Такая техника может найти применение в шумоизоляции жилых помещений, концертных залов и студий звукозаписи, автомобильных магистралей, самолётов и подводных лодок. Разумеется, в таких устройствах не обязательно должны использоваться именно вентиляторы — возможно, что блокировки и отклонения звуковых потоков можно будет добиться и какими-то другими средствами, более подходящими для конкретных условий. Однако сам принцип, на основе которого был построен прототип акустического циркулятора, несомненно, имеет большое будущее.

К оглавлению

Опубликовано 07 февраля 2014

В одной из самых ожесточённых дискуссий, когда-либо разгоравшихся на «Компьютерре», — в что-токомментариях к колонке о вероятной кончине Microsoft как абсолютного лидера, узурпатора власти на ИТ-арене — был затронут вопрос, на котором грех не остановиться особо. Это вопрос вероятной трансформации прикладного программного обеспечения из той формы, в какой мы знали его последние тридцать лет, во уникально новое. И, честно говоря, кажется странным, что в околокомпьютерной прессе его обсуждают так редко: ведь, следуя «мобильной» дорожкой, на которую мы уже ступили, нам не обойти тему трансформации софта никак.

Завязка тут простая и, в общем, очевидная. Хотим мы того или нет, персональные компьютеры срастаются с мобильными устройствами. Называйте это смертью персоналки или её перерождением — процесс уже идёт. Но аппаратная смычка мобильного мира с миром ПК непременно должна оказать влияние и на софтверную часть. Софт должен будет претерпеть изменения, адаптироваться к новым реалиям. Но вот какими эти изменения будут — ещё только предстоит понять.

Где-то перемены уже вовсю цветут: таков, к примеру, пользовательский интерфейс. Пусть и не без проблем, он уже меняется: взгляните на тайлы Windows 8 или на то, как Android мигрирует на десктоп практически в своём оригинальном виде. Не факт, что под таким агрессивным натиском примитив «окна» переживёт следующую декаду! Но есть и менее очевидные зоны, где перестройка только обозначилась или представляется вероятной. Таковы размер и функциональное наполнение программ. Мобильные устройства слишком слабы, чтобы исполнять десктопных монстров вроде MS Office или LibreOffice, Photoshop — и это самый первый аргумент, которым «скептики-консерваторы» (считающие смартфоны и планшетки недокомпьютерами) тычут в глаза «либералам» (считающим, что дни классической персоналки сочтены). Ну так почему бы программам не измениться, приспособившись к изменившемуся железу?

Размер применительно к компьютерной программе — весьма размытое понятие. Если в «офлайне» существует несомненная твёрдая единицы длины, применением которой можно сравнивать различные объекты, то в виртуальности такой единицы нет. Как измерить длину (она же в данном случае «объём», она же и «вес») куска кода? Многие предлагают отталкиваться от количества строк (LOC — lines of code), но даже на одном языке программирования один и тот же отрывок можно записать сильно по-разному. Та же ерунда с байтами: программы практически всегда упакованы архиваторами, так что мы не знаем их истинного размера: ну сколько на самом деле байт в 200 мегабайтах инсталлятора LibreOffice? А ведь есть ещё измерительные единицы более высокого уровня — вроде функциональных точек и прочего (полезных для сравнения не просто длины, а сложности софта).

Короче говоря, обсуждая критерий размера применительно к программному обеспечению, есть смысл ограничиться общей качественной оценкой, нарисовать тенденцию. А это как раз сделать очень просто: размер среднестатистической программы для ПК последнюю треть века менялся только в одном направлении — вверх!

Первые модели IBM PC имели в BIOS функции работы с магнитофоном: магнитной ленты — вмещавшей десятки, сотни килобайт — было достаточно для хранения софта. Потом пришли магнитные диски, и случился скачок на порядок — мегабайты. Компакт-диски обозначили следующий виток — сотни мегабайт. И сегодня, наконец, физические носители заменила Сеть, а вместе с этим размер дистрибутивов скакнул ещё на порядок, в гигабайтную область. В принципе, топовые мобильные устройствам справляются — и хорошие мобильные игры вполне себя «весят» поболее гигабайта, хоть та же Android, например, пока смущается качать их через сотовую сеть. Но что занимает этот объём? Нельзя ли вернуться к килобайтным программам или хотя бы к программам размером в единицы мегабайт?