733
Фізики створили пристрій, який працює як «звукова чорна діра»: він поступово сповільнює акустичні хвилі й різко зменшує відлуння всередині труб і повітроводів. Найважливіше те, що нову конструкцію можна надрукувати на 3D-принтері окремо й просто вставити в уже готову систему, тоді як попередні варіанти потрібно було вбудовувати безпосередньо в саму трубу.
Проблема відбитого звуку особливо помітна в системах вентиляції, кондиціонування, промисловій витяжці та сантехніці. Звукові хвилі проходять усередині труб, відбиваються від кінців, поворотів і змін геометрії та можуть багаторазово повертатися назад.
Як працює «звукова чорна діра»
Назва пов’язана не з гравітацією, а з поведінкою хвилі. У правильно спроєктованій структурі звук поступово сповільнюється, довжина хвилі скорочується, а енергія концентрується дедалі ближче до кінця конструкції.
Інженер-акустик Оріол Гуаш з Університету Ла Саль Рамон Льюль пояснює це просто: якщо крикнути в закриту трубу, через певний час відлуння повернеться. Якщо ж на кінці встановити звукову чорну діру, відбитий сигнал має стати набагато слабшим — акустично це нагадує ситуацію, ніби труба була нескінченно довгою.
29 кілець на центральному стрижні
Прототип нагадує витягнуту «ялинку»: на центральному стрижні розташовані кільця різного діаметра, а проміжки між ними утворюють резонансні порожнини.
Коли звук входить у конструкцію через її вузький кінець, хвиля поступово сповільнюється. Далі значна частина сконцентрованої енергії розсіюється через тертя й теплообмін між повітрям і поверхнями пристрою, тому назад повертається набагато менше звуку.
Команда надрукувала на 3D-принтері прототип завдовжки 15 сантиметрів, який складався з 29 кілець. Його випробували в акустичній імпедансній трубі — лабораторній установці для вимірювання поведінки звукових хвиль.
Відлуння не зникло повністю
Для тестування вчені подавали через динамік сигнали різної частоти й вимірювали мікрофонами, яка частина звуку повертається назад. Результати загалом збіглися з комп’ютерним моделюванням.
Повного поглинання не відбулося, проте нова вставна геометрія відбивала менше звуку в ширшому частотному діапазоні, ніж традиційний варіант звукової чорної діри.
Де пристрій може стати корисним
Найочевидніше застосування — боротьба з шумом у повітроводах, трубах і глушниках. Головна перевага в тому, що конструкцію можна виготовляти окремо й додавати в уже існуючі системи без повної перебудови.
Команда також вивчає можливість створення дво- й тривимірних звукових чорних дір для акустики приміщень. Перед практичним використанням потрібно перевірити, як пристрої працюватимуть за різної температури, тиску, потоку повітря та в умовах, де порожнини можуть забиватися частинками.
