„Звукова черна дупка“ гълта ехото: ново устройство обещава тишина във въздуховоди и тръби

Испански екип тества 15-сантиметров прототип с 29 пръстена, който намалява отраженията в широк честотен диапазон и може да се монтира в съществуващи системи.

Звукът рядко „изчезва“ в затворени пространства. Той се отразява от стените и се връща като ехо. Това е проблем във въздуховоди, климатични инсталации, промишлени канали и ВиК тръби. Шумът се натрупва, а контролът му често изисква обемни решения.

Учени от Испания разработиха компактно устройство, наречено „звукова черна дупка“. Идеята е проста като ефект. Да се „улови“ звуковата енергия, преди да се върне обратно. Новото при тази конструкция е, че може да се произвежда отделно. После се поставя в готова тръба, без тя да се преправя.

Как „черната дупка“ спира ехото

Инженерът по акустика Ориол Гуаш от Universitat Ramon Llull обяснява принципа с пример. Ако извикате в дълъг въздуховод, който е затворен в края, ще чуете ехо. Забавянето зависи от дължината.

При поставена „звукова черна дупка“ в края, отражението рязко намалява. Акустично е почти все едно тръбата няма край. Тоест няма повърхност, която да върне вълната обратно.

Устройството не е астрофизична черна дупка. Няма гравитация и няма „поглъщане“ на светлина. Това е инженерна структура, която кара звуковите вълни да се забавят постепенно. Така за външен наблюдател изглежда, че вълната „не стига“ до границата, от която би се отразила.

Нов дизайн: пръстени на прът, а не вградени елементи

Класическите решения често разчитат на пръстени и кухини, вградени в стените на тръбата. Това носи два проблема. Монтажът в съществуващи системи е труден. Ефективността често е силна само в тесен честотен диапазон.

Екипът на Гуаш и инженера Сие Денг избира друга геометрия. Конструкцията е серия от пръстени с променящ се диаметър. Те са нанизани върху централен опорен прът. Между тях има кухини.

Тези кухини влияят на движението на звука. Вълната се забавя поетапно. Енергията се насочва към далечния край. Там значителна част се разсейва чрез триене и топлообмен между въздуха и повърхностите. Резултатът е по-малко енергия, която да се върне като ехо.

Прототипът и какво показват тестовете

Учените изработват прототип с 3D принтер. Той е дълъг 15 сантиметра. Състои се от 29 пръстена върху централен прът. Монтиран е в импедансна тръба, която се използва за лабораторни измервания на отражения.

Вместо човешки глас е използван високоговорител. Той подава вълни с различни честоти. Микрофони измерват колко звук се връща обратно.

Резултатите като цяло съвпадат с компютърните симулации. Ехото не изчезва напълно. Но отраженията намаляват осезаемо.

Симулациите сочат и ключово предимство. Новият дизайн работи в по-широк честотен диапазон от традиционните „звукови черни дупки“. Според Гуаш причината са резонансите в кухините. При тази геометрия те се появяват при по-високи честоти. Това разширява работната зона.

Къде може да се използва и какви са рисковете

Най-прякото приложение е контрол на шума във въздуховоди и заглушители. Екипът разглежда и варианти в две и три измерения. Това може да отвори път към решения за акустика на помещения.

Преди масово внедряване има пречки. Частици могат да запушат кухините. Температурата и налягането влияят на работата. Движението на въздуха също може да промени ефекта.

Въпреки това изследователите виждат сериозен потенциал. Гуаш подчертава, че най-ценното е съчетанието на физика и математика. Според него такъв тип управление на вълните доскоро е звучало като научна фантастика.

Изследването е публикувано в списанието Applied Acoustics, цитирано от ScienceAlert. Източник на материала: Vesti.bg.

Още новини в категория Технологии

Последвайте ни в Telegram: https://t.me/p26news