Potlačenie hluku na báze plazmy by mohlo stíšiť miestnosti, autá i lietadlá
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 23. 8. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci z EPFL vyvinuli 100% účinný, ultratenký systém aktívneho potláčania hluku, ktorý namiesto reproduktorov využíva plazmový systém s ionizovaným vzduchom. Vrstva s hrúbkou len 17 mm pritom dokáže blokovať 20 Hz hluk, rovnako ako stena s hrúbkou 4 metre.
Zvukové vlny, ktoré počujeme, sú v podstate tlakové vlny vo vzduchu okolo nás. Kužele reproduktorov sú veľké, ľahké membrány navrhnuté tak, aby tlačili vzduch dookola v presných vzoroch a vytvárali tlakové vlny, napríklad vo forme hudby. Aktívne potlačenie hluku (ANC) je myšlienka merania týchto tlakových vĺn pomocou mikrofónu, následného generovania presne rovnakých tlakových vĺn naopak a ich prehrávanie cez reproduktor. Tlak sa odoberie z vrcholov pretlaku a pridá sa k priehlbinám podtlaku a nová vlna viac-menej vymaže starú vlnu z existencie.
Technológia ANC funguje dobre v slúchadlách a autách, kde je akustické prostredie primerane kontrolované a miesta počúvania sa dajú primerane ľahko nájsť. Fungovať by to mohlo dobre aj v mierke miestnosti, aj keď ak chcete zrušiť nízkofrekvenčné, dlhovlnné basové zvuky, budete na to potrebovať stenu plnú reproduktorov.
No čo keby reproduktory mohli byť supertenké dosky namiesto hromady ťažkých kužeľov? Tím z EPFL Acoustic Group sa rozhodol otestovať schopnosti aktívneho potláčania hluku iónových reproduktorov na báze plazmy, ktoré sú tenké, ľahké, jednoduché a lacné na zostavenie.
Tieto reproduktory fungujú ako iónové pohonné systémy využívajúce elektrické pole na ionizáciu okolitého vzduchu na plazmu, čím vznikajú kladne a záporne nabité častice. Tieto ióny sa potom magneticky urýchľujú a tlačia na okolitý vzduch a vytvárajú tlakové vlny. Zmenou použitého napätia sa dá okamžite zmeniť, koľko vzduchu sa tlačí.
Tím z EPFL zverejnil video v roku 2020, ktoré ukazuje plazmový reproduktor postavený pomocou perforovaných kovových platní s drôtenými slučkami v krátkej vzdialenosti za nimi. Tieto veci sú super-reagujúce na zmeny napätia, pretože neexistuje žiadna relatívne ťažká membrána reproduktora.
„Chceli sme čo najviac znížiť účinok membrány, pretože je ťažká,“ vysvetľuje Stanislav Sergeev, prvý autor novej štúdie. „Ale čo môže byť ľahké ako vzduch? Samotný vzduch. Najprv ionizujeme tenkú vrstvu vzduchu medzi elektródami, ktorú nazývame ako plazmakustická metavrstva. Rovnaké vzduchové častice, teraz elektricky nabité, môžu okamžite reagovať na príkazy vonkajšieho elektrického poľa a efektívne interagovať so zvukovými vibráciami vo vzduchu okolo zariadenia, aby ich zrušili“.
Výskumný tím zistil, že tieto plazmové reproduktory boli výnimočne citlivé a efektívne pri rušení vysokých frekvencií. Ale tiež ukázali, že môžu byť úplne účinné pri eliminácii nízkofrekvenčných zvukov., To je zaujímavé, pretože reprodukcia basov nebola jednou zo silných stránok týchto iónových reproduktorov vo videu z roku 2020.
Napríklad 20 Hz je zhruba nízkofrekvenčný limit ľudského sluchového aparátu. Táto frekvencia je taká nízka, že jej vlnová dĺžka vo vzduchu je 17 metrov. Ak by ste chceli utlmiť 20-Hz zvukovú vlnu pomocou bežných izolačných pien na redukciu hluku alebo stien pohlcujúcich zvuk, potrebovali by ste mať hrúbku približne 4 metre. Plazmovoakustický systém metavrstvy by mohol úplne zrušiť túto vlnu len pri jednej tisícine hrúbky vlnovej dĺžky alebo teda 17 milimetroch.
„Sto percent intenzity prichádzajúceho zvuku pohltí metavrstva a nič sa neodrazí späť,“ povedal Hervé Lissek, vedúci vedecký pracovník z EPFL Acoustic Group. „Najfantastickejším aspektom tohto konceptu je, že na rozdiel od bežných absorbérov zvuku, ktoré sa spoliehajú na porézne sypké materiály alebo rezonančné štruktúry, je náš koncept akýmsi éterickým. Odhalili sme úplne nový mechanizmus pohlcovania zvuku, ktorý môže byť tenký a ľahký ako je to len možné. Tým sa otvárajú nové hranice v oblasti kontroly hluku, kde záleží na priestore a hmotnosti, najmä pri nízkych frekvenciách“.
EPFL udelilo licenciu na technológiu založenú na plazme švajčiarskej spoločnosti Sonexos, ktorá sa chystá na jej komercializáciu v širokej škále aplikácií.
„Sme nesmierne nadšení z obrovského potenciálu plazmovej technológie pri znižovaní hluku a zlepšovaní akustiky rôznych vnútorných prostredí, vrátane kabín vozidiel a lietadiel, kancelárskych priestorov a domácností,“ povedal Mark Donaldson, generálny riaditeľ spoločnosti Sonexos. „Keďže vedieme snahy o vývoj a komercializáciu, máme tú česť spolupracovať s výnimočným tímom inžinierov v EPFL“.
Výskum bol nedávno zverejnený v magazíne Nature Communications.
