Новая звукоизоляция из метаматериалов устраняет 94% шума, пропуская воздух

Инженеры из Бостонского университета создали лёгкую звукоизоляцию, отфильтровывающую 94% шумов. При этом до 60% её поверхности может занимать отверстие, свободно пропускающее воздух.

Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review B.

Мир полон шумных механизмов, будь то автомобили, поезда или МРТ-сканеры. Мы прячемся за беруши и наушники, мечтая обрести покой и послушать тишину без использования каких-либо приспособлений. Ведь предложение заткнуть уши, когда шумно, похоже на предложение зажать нос, когда плохо пахнет. Нужно удалять источники неприятных ощущений, а не лишать себя кислорода или всех звуков подряд.

Внести изменения в конструкцию, чтобы сделать систему более тихой, зачастую сложно. Можно звукоизолировать её, но как быть, если механизму нужен постоянный приток и отток воздуха? Невозможно ведь заткнуть выхлопную трубу автомобиля или запаковать в герметичный контейнер винт вертолёта и при этом надеяться, что машина продолжит работать.

Поэтому в последние годы инженеры работают над покрытиями, которые пропускают воздух, не пропуская звук. Однако до сей поры в подобных разработках отверстие для прохода воздуха занимало лишь небольшую часть от общей площади материала.

Специалисты из Бостона совершили прорыв, увеличив эту цифру до 60%. Это обеспечивает эффективный воздухообмен и позволяет оснащать такой защитой многие устройства.

Экспериментальный образец удивительной звукоизоляции имеет вид кольца, изготовленного на 3D-принтере. Оно напечатано из двух слоёв пластика с кардинально разными акустическими свойствами. Кольцо фактически состоит из метаматериала, то есть материала из нескольких компонентов с особой структурой, демонстрирующего уникальные свойства.

Структура кольца была рассчитана с помощью компьютерного моделирования. Она подобрана так, чтобы устройство отражало звуковые волны обратно к их источнику.

Испытания показали, что такая ячейка обращает вспять 94% энергии звуковой волны, делая громкий и неприятный шум неразличимым для человеческого уха.

Например, если разместить такой "щит" ниже винта дрона, то звук не будет уходить вниз и беспокоить людей (а с увеличением числа беспилотников над нашими головами их стрёкот грозит стать серьёзной проблемой). Вместо этого звуковые волны будут отражаться вверх, где не помешают никому, кроме разве что птиц.

Такой же звукозащитой можно оснастить другие транспортные средства, а также кондиционеры, МРТ-сканеры (пациентам, проходящим это обследование, сейчас приходится использовать беруши) и так далее.

Авторы подчёркивают, что звукозащитная ячейка не обязана иметь форму кольца. Ей можно придать, например, кубическую форму и сложить из таких блоков перегородку, позволяющую одновременно наслаждаться тишиной и свежим воздухом.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об уникальной звукопоглощающей пене и новых звукозащитных покрытиях для салонов самолётов.