Nowy metamateriał opracowany przez zespół inżynierów mechaników z Boston University ma unikalne właściwości: potrafi zredukować energię fal akustycznych bez blokowania przepływu powietrza.
Wszechobecne zanieczyszczenie hałasem to we współczesnych czasach powszechny problem. Lotniska, maszyny przemysłowe, ruch uliczny, drony, a nawet urządzenia biurowe i sąsiedzi – w środowisku miejskim od hałasu uciec jest naprawdę trudno. Izolować się od niego – na ten moment – możemy na dwa sposoby: izolując pomieszczenia za pomocą grubych ścian i okładzin wygłuszających oraz izolując własne uszy, przy pomocy nauszników i słuchawek wygłuszających. Wyciszenie pomieszczeń wiąże się naturalnie z ograniczeniem lub całkowitym zablokowaniem przepływu powietrza między jego wnętrzem a otoczeniem. Ponieważ słyszane przez nas dźwięki to nic innego jak drgania (zazwyczaj drgania powietrza), teoretycznie byłoby możliwe wyeliminowanie samych fal akustycznych bez wpływu na sam przepływ gazu – i to właśnie stało się celem badań naukowców z Boston University.
Jak wykazano w przeprowadzonym eksperymencie, wydrukowana w 3D struktura w kształcie pierścienia może znacząco zredukować głośność dźwięków – nawet o 94% – bez wpływu na przepływ powietrza. Koncepcję przetestowano na konstrukcji składającej się z rury PVC i głośnika (zamkniętego w dźwiękoszczelnym pojemniku) na jednym jej końcu oraz założonego na jej drugi koniec metamateriałowego pierścienia, który został wydrukowany na przemysłowej drukarce FFF z ABS i pokryty żywicą epoksydową. Różnica w głośności emitowanego przez głośnik wysokiego dźwięku w pomieszczeniu między konstrukcją z pierścieniem oraz konstrukcją go pozbawioną była wyraźnie zauważalna na wykresie sygnału odbieranego przez mikrofon. Według słów naukowców, pierścień miał wyciszać irytujący dźwięk niemal całkowicie. Redukcja głośności o 94% ma zmniejszać hałas do poziomu niesłyszalnego dla ludzkiego ucha.
Skoro prototyp okazał się działać, pomimo ograniczeń związanych z metodą jego produkcji, należałoby się zastanowić nad zastosowaniami dla metamateriałów akustycznych, które w bliższej lub dalszej przyszłości staną się dostępne do użytku. Potencjalnie takie struktury mogłyby mieć rozmaite rozmiary i kształty. Wśród potencjalnych zastosowań zespół wymienia instalacje HVAC oraz cieszące się coraz większą popularnością drony – czyli obiekty, dla których prawidłowego funkcjonowania przepływ powietrza jest niezbędny – a także rezonanse magnetyczne w szpitalach, w celu odizolowania znajdującego się w środku pacjenta od hałasu pracującego urządzenia. Pojawił się również pomysł stworzenia eliminujących miejski hałas „ścian” tworzonych przez ułożone niczym cegły wyciszające struktury. Potencjalne możliwości użycia metamateriałów akustycznych są – według naukowców – nieograniczone.
Źródło: www.bu.edu
Reza Ghaffarivardavagh, Jacob Nikolajczyk, Stephan Anderson, and Xin Zhang, “Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference”, Phys. Rev. B 99, 024302
KOMENTARZE