Вероятно, по крайней мере, теоретически это в какой-то степени возможно, но вам нужен довольно большой инструмент. Вернее, довольно крупный рефлектор.

Когда звук свободно распространяется в трехмерном пространстве, он затухает примерно квадратично с расстоянием. Самый простой способ понять, почему, вероятно, представить большую сферу вокруг источника звука и понять, что звук должен звучать одинаково громко вокруг всей сферы. Поскольку площадь сферы увеличивается как квадрат радиуса r, громкость должна уменьшаться как 1/r^2. Однако это свободное пространство, и любые отражающие материалы могут его усложнить.

Наверное, самый простой пример — построить большую стену; если мы представим себе идеальную стену (как я впредь буду делать для всех поверхностей), ее отражение удвоит громкость звука в направлении, отличном от стены, но оно все равно будет затухать с расстоянием.

Если мы находимся внутри очень широкого здания с полом и низким потолком, мы могли бы использовать тот же аргумент, что и выше, чтобы увидеть, что воспринимаемая громкость должна быть одинаковой по кругу и, таким образом, затухать как 1/r. Хотя это все еще затухает, это огромное улучшение, если расстояние большое.

Теперь, чтобы заставить наш инструмент звучать громче , когда мы удаляемся, нам нужно сделать лучше. Войдите в Эллипс !

Эллипс в математическом смысле — это точно определенная замкнутая кривая со многими интересными свойствами. Нас интересует то, что у него есть две так называемые фокусные точки: когда что-то, например свет или звук, излучается в одной из фокусных точек, он отражается от стен и собирается вместе, чтобы сфокусироваться на другой. Это верно независимо от длины эллипса.

Это дает нам первый ответ на ваш вопрос: в эллиптической комнате с инструментом в одной фокусной точке слушатель может отойти и сначала услышать затухание громкости, а затем снова увеличиться, когда он достигнет другой фокусной точки.

Теперь, я полагаю, вы хотите, чтобы это работало снаружи. Ключевым наблюдением является то, что вы можете убрать какой-то сегмент эллипса и по-прежнему иметь звук, отражающийся от того, что осталось, и фокусироваться на другой фокусной точке! Для слушателя на полпути между точками большая часть звуковой энергии будет, так сказать, ходить вокруг нее.

Если вас волнует только громкость в одном направлении, это довольно прямолинейно.

Второй ответ : сделайте большой (10 м?) рефлектор в форме чаши и поместите источник звука в ближайшую фокусную точку.

Для больших расстояний это будет очень похоже на параболический отражатель , но с той важной разницей, что отраженный звук будет не «параллельным», а сфокусированным. Для очень внимательного слушателя звук громкий. При удалении он сначала становится тише, но затем усиливается по мере приближения к фокусу.

Теперь, я полагаю, вы бы предпочли, чтобы это работало в любом направлении. Я не уверен, насколько это возможно на самом деле, но вот:

РЕДАКТИРОВАТЬ: я обновил третий ответ, и я гораздо более уверен, что теперь он может работать. Старый «гриб» из моего предыдущего ответа заменен другой формой, возможно, больше напоминающей нижнюю часть «цветка».

Третий ответ: Постройте большой круглый потолок такой формы: Поперечное сечение имеет форму сегментов двух пересекающихся эллипсов с общей фокусной точкой на той же высоте, на которой будет звучать инструмент (предпочтительно на уровне земли, чтобы получить как можно больше усиления от отражений). снизу, насколько это возможно) в центре. Другая фокусная точка будет формировать круг вокруг игрока. Как я нарисовал, «фокальное кольцо» будет на земле, но вы, вероятно, захотите наклонить эллипсы, чтобы кольцо оказалось на уровне уха.

Вы МОЖЕТЕ даже сойти с рук, используя отражатель, достаточно маленький, чтобы быть почти портативным! Чем большую часть эллиптической дуги вы покрываете, тем больше усиление возле кольца. Большая часть отражения происходит около центра, поэтому, как только вы достигнете определенного размера, вы не сильно выиграете, если сделаете его немного больше (пока край не приблизится к другой фокусной точке). Пропорции, показанные на моем изображении, должны дать заметный эффект, если он достаточно велик, чтобы большая часть звука проходила над головами ближайших зрителей.

Если вас интересуют только определенные направления, и особенно если вы хотите портативное решение, мой второй ответ, вероятно, наиболее актуален. Его можно адаптировать в дальнейшем в зависимости от того, какой именно контекст вы имеете в виду.

Да, но только если звезды выровняются акустически.

Итак, это очень продуманная установка, но, надеюсь, она дает представление о том, что происходит.

Инструмент, играемый в желтой точке, наблюдаемый слушателем в зеленой точке, будет слышен из двух красных точек, которые являются отверстиями в стене.

Поскольку геометрия не идеальна - звук проходит немного меньшее расстояние в одну сторону на точную величину, когда формы волны снова соединяются в зеленой точке, они не совпадают по фазе и компенсируют друг друга. Это приводит к значительному уменьшению громкости определенной частоты, которая, благодаря удачным измерениям, является точной нотой, которая больше всего подчеркивается в пьесе, которую инструмент играет в данный момент.

Например, для средней C расстояние от желтой до обеих красных точек должно отличаться примерно на 66 см.

По мере того, как зеленый наблюдатель уходит вдоль линии, разность фаз становится менее значительной, а кажущаяся громкость становится все громче и громче, ближе к концу линии она, к сожалению, снова становится тише. Но на протяжении его пути она будет увеличиваться.

То, что вы описываете, похоже на акустический эквивалент оптического усилителя.

Как работает оптический усилитель?

Вам нужна среда с инвертированной заселенностью, то есть все ее молекулы находятся в возбужденном состоянии, и вам нужен луч света, проходящий через среду. Фотоны светового луча будут индуцировать стимулированное излучение в активной среде, и поэтому по пути будет добавляться больше фотонов. Поскольку у вас нет резонатора для выбора частоты, вы будете в основном усиливать все длины волн в пучке: чем дальше пучок прошел в инвертированной среде, тем больше к нему будет добавлено фотонов, и рост интенсивности будет быть экспоненциальным.

Я не знаю какого-либо общего средства для создания инвертированной популяции в акустической области, поэтому, строго говоря, то, что вы описываете, не может произойти, если вы не используете комбинацию микрофонов и динамиков.

Вам нужна эллиптическая тарелка, у которой есть вторая фокусная точка, которая находится далеко от источника шума, и блок, который находится между источником и наблюдателем.

Если наблюдатель стоит прямо с другой стороны блока, он ничего не услышит, если блок и тарелка исправны. Если только частичный блок, то они услышат какой-то звук, когда будут сидеть близко. По мере того, как они удаляются, они выходят из мертвой зоны, созданной блоком, и начинают слышать больше звука. По мере того, как они приближаются к фокальной точке, звук становится все громче и громче. Как только они пройдут фокальную точку, она снова начнет становиться тише.

Так что вам нужен не специальный инструмент, а специальная настройка. Какой бы инструмент он ни держал, музыкант должен сидеть перед какой-либо изогнутой поверхностью, которая фокусирует звук на публике. Эта поверхность может быть переносным набором деревянных панелей, которые собираются в отражатель диаметром, скажем, 10 футов или около того, или она может быть постоянным элементом сцены.

Используя обычную физику, нет. Просто потому, что как только звуковая волна создается струной в вашем примере, она рассеивается в окружающей среде.

Однако...

Если вы готовы использовать инструмент, который сохраняет громкость по мере удаления от него, то позвольте мне познакомить вас с двумя понятиями: скрипка Стро и трубка для разговора.

Скрипка Стро - это инструмент, который усиливает и проецирует звук струнного инструмента, направляя указанный звук через трубу и рожок. Вибрации струн активируют диафрагму граммофона, звук которой затем усиливается валторной.

Говорящая трубка — это инструмент, который переносит звук на расстояние, направляя его через трубку.

Ваш инструмент просто соединит две части вместе: замените раструб рожка длинной трубкой, а затем добавьте рожок граммофона на конец длинной трубки. Звуковые волны, однажды испущенные диафрагмой, будут распространяться по всей длине трубы, не рассеиваясь и не теряя при этом большой энергии.

Звук будет казаться громче с расстоянием просто потому, что он будет громче, чем звук, распространяющийся без посторонней помощи в окружающем воздухе.

Индивидуальная волна всегда будет самой громкой в ​​источнике, но есть варианты:

Направьте звук над аудиторией: инструмент, который делает это при игре в большом зале или из специальной беседки, может быть спроектирован так, чтобы отражать звук от высокого потолка, приглушая прямую передачу. Звук на уровне земли является самым громким в определенном радиусе от инструмента и становится тише по мере приближения, пока вы не окажетесь прямо над ним.

Обмануть и использовать ультразвук: хотя сам дизайн был бы анахронизмом, неэлектронный направленный динамик должен быть возможен. Что-то вроде регулируемого собачьего свистка можно было сконструировать задолго до своего времени. Это дает вам возможность производить ультразвук на контролируемой частоте. Механическое приспособление преобразует исходную ноту в две неслышимые ультразвуковые волны, направленные на цель. Когда волны сталкиваются с целью, формируется слышимая волна на дифференциальной частоте. Отрегулируйте частоты волн и направьте волны на нужную цель, и звук должен исходить из этого места.

Ваш инструмент - это комната

Мы знаем, что греческий амфитеатр – это чудо акустики: при правильной настройке на сцене есть места, где слышен шепот, как будто говорящий стоит рядом со слушателем, а до него метров 50! Прямая задняя стенка и тарелкообразная форма рядов создают конструктивный резонанс от позиции выступающего до зрительного зала.

Теперь вы также можете спроектировать комнату таким образом, чтобы звуковые волны, которые раньше ускользали или направлялись в передние ряды, теперь больше направлялись в задние ряды. При правильной настройке, во-первых, задние ряды получают такой же звук, как и передние, а со стратегически расположенными вверх отражателями задние ряды могут получить больше громкости, чем передние ряды.

Передняя половина нижней половины этого отражателя отражает звук вверх в тарелку, которая затем фокусирует звук в указанной верхней области справа - самая первая звуковая волна 3 раза отражается внутри тарелки, прежде чем закончиться на верхнем краю тарелки . благоприятный сектор, встречающийся с теми волнами, которые исходят из середины нижнего рефлектора. Если путь, по которому должен распространяться звук, кратен длине волны звука, то мы получаем интерференцию положительных волн , и в результате амплитуда (которую мы воспринимаем как громкость) увеличивается. Однако если звуковые волны приходят таким образом, что их длина кратна половине длины волны, то мы получаем место, где эти звуковые волны компенсируются, и это место внезапно становится тихим.

Звуковую акустику действительно трудно сделать правильно, но древние греки сумели построить свои амфитеатры без компьютера и знания лежащей в основе физики! Нам потребовалось более 1000 лет, чтобы воссоздать этот подвиг звуковой инженерии.

Создайте градиент плотности в атмосфере над вами, используя тщательно контролируемую температуру и влажность, которые преломляют и изгибают звуковые волны вниз. Направляйте свой звук в воздух. Рядом с инструментом (на уровне земли) тихо, а дальше становится громче. Вы можете сделать то же самое под землей и преломить сейсмические волны вверх.

Или построить круглый инструмент, полностью окружающий аудиторию. Звуки становятся более концентрированными ближе к центру, дальше от инструмента.

Или установите прибор на очень высокой вертикальной башне, сфазировав ее таким образом, чтобы волны компенсировались у подножия башни, но усиливались дальше.

Для определенной синусоидальной частоты можно использовать принцип стоячей волны. Звук будет периодически усиливаться в точках стрелок и тише в узлах стоячей волны. Расстояние между отражающими поверхностями, стенами в здании необходимо скорректировать по частотам, а местонахождение слушателя сфокусировать на точках стрелок. Это будет эффективно для низких частот и длинных волн. Как показывает @EdvinW, высокие частоты имеют короткие волны, для которых лучевая акустика лучше подходит для решения такой проблемы.

Другой принцип, который действительно возможен, - это градиент плотности, повышающийся раньше @Nullius в Verba. Амплитуда источника должна быть большой (как на фестивале под открытым небом). Если существуют определенные условия окружающей среды, а именно холодная земля и теплый верхний воздух, звук будет двигаться медленнее у земли и быстрее в воздухе, что дает изгиб звуковых волн к земле, которые фокусируются на некотором расстоянии от источника, что можно наблюдать в поздних летних сумерках на расстоянии около 2-10 км от места концерта, и в основном это слышно на низких частотах бьет.

В обоих решениях звук будет самым громким у источника, если не используется электрическое усилительное устройство.