Хабрахабр

Разработан метод шумоизоляции, гасящий до 94% шумов — рассказываем, как он работает

Американские инженеры предложили способ шумоизоляции. Он отличается от привычных звукопоглощающих панелей. Это — напечатанное на 3D-принтере пластиковое кольцо.


Фото John Baer / CC BY-SA

Новый способ «поглощения» звука

Классические шумопоглощающие панели преграждают путь акустическим волнам и гасят звуковую энергию, часть которой преобразуется в тепло. Из-за особенностей конструкции и используемых материалов такие панели практически не пропускают воздух.

Его нарекли «акустическим метаматериалом». Специалисты Бостонского университета предложили «дышащее» пластиковое кольцо, которое блокирует до 94% шума.

При интерференции двух волн их энергия распределяется асимметрично. Принцип работы метаматериала основан на резонансе Фано. В результате в одной точке пространства звуковое давление повышается до максимальных значений, а в другой — снижается практически до нуля.

Акустические волны в этом канале отражаются от стенок, вступают в резонанс Фано и затихают. Такого распределения акустических волн исследователям из Бостонского университета удалось добиться при помощи специальной формы метаматериала — внутри кольца находится спиральный канал, по которому проходит звук.

И хотя конец трубы с кольцом оставался открытым более чем наполовину, проходящий через него звук становился заметно тише — в действии можно увидеть в этом видео: Авторы технологии разработали прототип устройства, который распечатали на 3D-принтере и установили на трубу из поливинилхлорида, на другом конце которой расположили динамик.

Достоинства и недостатки

Одно из преимуществ технологии — разнообразие возможных форм «глушителя». По словам авторов исследования, им удалось смоделировать шумопоглощающие насадки с квадратным и шестиугольным сечением — материал такой формы предлагают использовать как строительные блоки для звукоизолирующих перегородок.

Устройство можно изготовить из любого пластика, и оно не требует особых дорогостоящих материалов. Второе достоинство — низкая себестоимость. Например, авторы технологии использовали для создания прототипов стандартный для 3D-принтеров АБС-пластик и эпоксидную смолу.

Каждое устройство проектируется под конкретные частоты и размеры, поэтому массово создавать универсальные кольца не получится. Но у изобретения есть очевидный недостаток — потребность в индивидуальном расчёте.

Аналоги изобретения

Направление акустических метаматериалов развивается уже на протяжении нескольких лет. И работают в этой области не только исследователи из Бостона. В качестве аналога можно привести устройство инженеров из Франции — в 2016 году они создали панель толщиной в 1 см, блокирующую низкие частоты. Обычно для подавления низких частот требуются панели толщиной до 10 см.

По словам авторов решения, его можно использовать для шумоизоляции в зданиях и транспорте — панели занимают мало места и немного весят, но при этом блокируют почти 100% звуков. Французское изобретение состоит из рядов небольших камер-резонаторов Гельмгольца, которые заглушают проходящие звуки.

Он представляет собой решетчатую структуру из пластика с частицами железа, созданную при помощи 3D-принтера. Ещё один акустический метаматериал разработали в Университете Южной Калифорнии. Под воздействием магнитного поля эти частицы перемещаются, что меняет структуру материала и его акустические характеристики.


Фото Shunichi kouroki / CC BY

Выводы

Считается, что разработки в сфере акустических метаматериалов расширят возможную область применения звукоизоляции. Исследователи ожидают, что инновации в сфере шумопоглощения помогут сделать городской экосистему более комфортной: метаматериалы можно будет использовать для строительства шумозащитных экранов вдоль крупных автомагистралей.
Дополнительное чтение — мы подготовили мини-дайджест с материалами из нашего «Мира Hi-Fi», которые посвящены тишине и борьбе с шумовым загрязнением:

  • Чем полезен (и опасен) окружающий нас «шум». Рассказываем о вреде, который наносит нашему здоровью шум городов и улиц и что с этим можно сделать. Также поговорим о «другой стороне медали» — полезных свойствах звуков и музыкальной терапии.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть