Американські дослідники з лабораторії Чжана в університеті Бостона розробили та представили новий метаматеріал для широкосмугового глушіння звукового шуму.
Група дослідників під керівництвом магістра фізики, бакалавра медицини та механіки, магістра інженерних наук, професора Сінь Чжана, створила фазово-градієнтний ультра-відкритий метаматеріал (PGUOM) для придушення широкосмугових акустичних сигналів. Як зазначає сам професор Сінь Чжан, PGUOM більше схожий за принципом на шумоподавлюючі навушники.
“Він зберігає високу ефективність навіть при зміні висоти тону або гучності шуму, що робить його набагато практичнішим у динамічних умовах, таких як відкриті офіси, вентиляційні системи або транспортні вузли, де джерела звуку непередбачувані та охоплюють широкий діапазон частот. Ранні розробки, засновані на резонансі Фано, створені нашою командою, були подібні до налаштування радіоприймача на блокування однієї станції. PGUOM використовує більш інтелектуальний підхід — він більше схожий на навушники, що шумоподавляють, ефективно пригнічуючи широкий спектр небажаних звуків”, — пояснює Сінь Чжан.
За словами професора, матеріал складається з поодиноких або повторюваних суперосередків, кожен з яких, у свою чергу, складається із трьох елементарних осередків субхвильової довжини. У перший і третій елементарні осередки вбудовані суцільні бар’єри для створення контрольованих фазових зсувів вхідних звукових хвиль, при цьому центральний осередок залишається відкритим, забезпечуючи безперешкодний потік повітря.
Ці спеціально створені фазові зсуви викликають повний 2π-фазовий градієнт у кожному суперосередку, перетворюючи вхідні звукові хвилі на помилкові поверхневі хвилі — акустичні аналоги електромагнітних поверхневих плазмонів, що захоплюються і розсіюються вздовж поверхні. В результаті відбувається ефективне пригнічення широкосмугового шуму, а повітряний потік і геометрична адаптивність зберігаються.
“Наша конструкція універсальна, і в цьому її перевага. Її можна налаштовувати як за частотним діапазоном, так і за інтенсивністю повітряного потоку, в залежності від умов застосування”, — зазначає Сінь Чжан.
На відміну від традиційних фазово-градієнтних структур із рівномірними елементарними осередками, у конструкції дослідників центральний осередок збільшений для задоволення мінливих потреб у повітряному потоці без шкоди для ефективності глушення.
“Хронічний вплив надмірного шуму, який часто ігнорується порівняно із забрудненням повітря та води, може серйозно вплинути на здоров’я людини, сприяючи втраті слуху, порушенням сну, підвищенню рівня стресу і навіть серцево-судинним захворюванням”, — підкреслив Сінь Чжан.
Шумове забруднення також впливає на життя диких тварин, змінюючи моделі їхньої поведінки та дестабілізуючи екосистеми. Завдяки останнім досягненням у галузі дизайну, спрямованим на створення легших, відкритих та підтримуючих широкосмуговий зв’язок матеріалів, команда тепер вирішує ці проблеми у ширшому масштабі. Дослідники успішно перейшли від моделювання до створення реальних прототипів.
“Ми зосереджені на інтеграції наших розробок у конкретні продукти та програми, одночасно оптимізуючи метаматеріали для масштабованих виробничих процесів. Ми також працюємо над подальшим підвищенням ефективності шумозаглушення, прагнучи високого рівня згасання в ще більш широкому діапазоні частот, зберігаючи при цьому низький опір повітряному потоку і мінімізуючи загальну товщину”, — розповів Сінь Чжан.
Результати дослідження опубліковані у журналі Scientific Reports
Джерело: TechXplore
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: