Разработан «умный экран», блокирующий звук без препятствия вентиляции

Исследовательская группа Бостонского университета под руководством профессора Синь Чжана разработала инновационный акустический метаматериал, названный PGUOM (сверхоткрытый метаматериал с фазовым градиентом), способный эффективно подавлять широкополосный шум, сохраняя при этом до 70% открытости для прохождения воздуха.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Scientific Reports в статье «Сверхоткрытые метаматериалы с фазовым градиентом для широкополосного акустического подавления». Новая разработка представляет собой значительный прогресс по сравнению с предыдущими версиями акустических глушителей, созданных той же лабораторией в 2019 году, которые были эффективны лишь в узком диапазоне частот.

Принцип работы PGUOM основан на использовании суперячеек, каждая из которых состоит из трех субволновых элементарных ячеек. В первую и третью ячейки встроены твердые барьеры, создающие контролируемые фазовые сдвиги во входящих звуковых волнах, в то время как центральная ячейка остается открытой для беспрепятственного потока воздуха. Искусственно созданные фазовые сдвиги формируют полный фазовый градиент в 2π в каждой суперячейке, преобразуя входящие звуковые волны в ложные поверхностные волны, которые улавливаются и рассеиваются вдоль поверхности метаматериала.

В отличие от традиционных фазо-градиентных структур, в PGUOM центральная ячейка увеличена для регулирования потока воздуха без ущерба для звукоизоляции. Материал может быть изготовлен в различных формах — как прямоугольных, так и цилиндрических — с сохранением эффективности шумоподавления.

Физические прототипы PGUOM были успешно созданы с помощью 3D-печати. В настоящее время команда работает над интеграцией разработки в конкретные продукты и оптимизацией материалов для масштабного производства. Исследователи также стремятся обеспечить высокое затухание в еще более широких частотных диапазонах при сохранении низкого сопротивления воздушному потоку.

Потенциальные области применения PGUOM включают офисы открытого типа, вентиляционные системы, транспортные узлы и промышленные объекты, где присутствуют разнообразные и непредсказуемые звуковые частоты, а циркуляция воздуха критически важна. Технология направлена на снижение шумового загрязнения, которое оказывает негативное влияние как на здоровье человека, вызывая потерю слуха, нарушения сна и повышение уровня стресса, так и на дикую природу, нарушая экосистемы.

Источник: Tech Xplore