211service.com
Przeprojektowane okno zatrzymuje dźwięk, ale nie powietrze, mówią naukowcy zajmujący się materiałami
Zanieczyszczenie hałasem jest jednym z straszydeł współczesnego życia. Dźwięk maszyn, silników, sąsiadów itp. może poważnie wpłynąć na jakość naszego życia i innych stworzeń zamieszkujących tę planetę.
Ale izolowanie przed dźwiękiem to trudna i kosztowna sprawa. Izolacja akustyczna generalnie działa na zasadzie przenoszenia dźwięku z powietrza do innego medium, które go pochłania i tłumi.
Tak więc pomysł stworzenia bariery, która pochłania dźwięk, a jednocześnie umożliwia swobodny przepływ powietrza, wydaje się na pierwszy rzut oka całkowicie niemożliwy. Ale to właśnie osiągnęli Sang-Hoon Kima z Narodowego Uniwersytetu Morskiego Mokpo w Korei Południowej i Seong-Hyun Lee z Koreańskiego Instytutu Maszyn i Materiałów.
Ci goście wymyślili sposób na oddzielenie dźwięku od powietrza, w którym się przemieszcza, a następnie na jego tłumienie. To pozwoliło im zbudować okno, które umożliwia przepływ powietrza, ale nie dźwięk.
Konstrukcja jest stosunkowo prosta i opiera się na dwóch egzotycznych zjawiskach akustycznych. Pierwszym z nich jest stworzenie materiału o ujemnym module objętościowym.
Moduł objętościowy materiału to zasadniczo jego odporność na ściskanie i jest to ważny czynnik określający prędkość, z jaką dźwięk przez niego przechodzi. Materiał o ujemnym module objętościowym wykładniczo tłumi przechodzący przez niego dźwięk.
Trudno jednak wyobrazić sobie solidny materiał o ujemnym module objętościowym, w którym przydaje się odrobina sprytnego projektu.
Ideą Kimy i Lee jest zaprojektowanie komory rezonansowej dźwięku, w której siły rezonansowe przeciwstawiają się kompresji. Przy starannym projekcie prowadzi to do ujemnego modułu objętościowego dla pewnego zakresu częstotliwości.
Ich komora rezonansowa jest w rzeczywistości bardzo prosta – składa się z dwóch równoległych płyt z przezroczystego tworzywa akrylowego o powierzchni około 150 milimetrów kwadratowych i oddzielonych od siebie 40 milimetrami, co przypomina fragment podwójnego oszklenia mniej więcej wielkości książki w miękkiej oprawie.
Ta komora została zaprojektowana tak, aby każdy dźwięk rezonujący w niej działał wbrew sposobowi, w jaki ten sam dźwięk ściska komorę. Kiedy tak się dzieje, moduł objętościowy całej komory jest ujemny.
Ważnym czynnikiem jest to, jak skutecznie dźwięk może dostać się do komory i tutaj Kima i Lee mają jeszcze jedną sztuczkę. Aby zmaksymalizować tę wydajność, wiercą 50-milimetrowy otwór w każdym kawałku akrylu. Działa to jak element dyfrakcyjny, powodując, że każdy dźwięk, który uderza w komorę, silnie się w nią ugina.
Rezultatem jest podwójnie oszklone okno z ujemnym modułem objętościowym, które silnie tłumi uderzający w nie dźwięk.
Kima i Lee wykorzystują swoją podwójną szybę jako element konstrukcyjny do tworzenia większych okien. W testach ze ścianą z klocków 3x4x3 mówią, że ich okno zmniejsza poziom dźwięku o 20-35 decybeli w zakresie od 700 Hz do 2200 Hz. To znaczna redukcja.
A dzięki zastosowaniu dodatkowych bloków konstrukcyjnych z mniejszymi otworami, mogą rozszerzyć ten zakres, aby pokryć niższe częstotliwości.
Przydatne w tych oknach jest to, że otwory przez nie umożliwiają również swobodny przepływ powietrza, zapewniając również odpowiednią wentylację.
Zastosowania jest wiele. Zmiana wielkości otworów sprawia, że okna są przestrajalne, więc odsłaniają tylko określone częstotliwości, nowe projekty mają kilka ciekawych zastosowań.
Na przykład, jeśli znajdujemy się w połączonym obszarze dźwięków fal morskich o niskiej częstotliwości i odgłosów maszyny działającej o wysokiej częstotliwości, możemy usłyszeć tylko dźwięki fal morskich ze świeżym powietrzem, mówią Kima i Lee.
Co więcej, twierdzą, że ten sam pomysł powinien działać również w wodzie, co może pomóc w zastosowaniach takich jak ochrona zwierząt morskich przed zanieczyszczeniem hałasem.
Sprytny pomysł, który rozwiązuje jeden z coraz powszechniejszych problemów współczesnego życia.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1307.0301 : Przezroczyste dźwiękoszczelne okno