Активное снижение шума за счет ионизации воздуха

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 1 июня 2023 г., 16:17:24 MSK
  • 0 комментариев
  • 52 просмотра
Ученые показывают, что тонкий слой плазмы, создаваемый ионизацией воздуха, может быть перспективным в качестве активного звукопоглотителя для применения в борьбе с шумом и акустике помещений.

Знаете ли вы, что провода можно использовать для ионизации воздуха и создания громкоговорителя? Проще говоря, можно генерировать звук, создавая электрическое поле в наборе параллельных проводов, он же плазменный преобразователь, достаточно сильное, чтобы ионизировать частицы воздуха. Затем заряженные ионы ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля, выталкивая остаточный неионизированный воздух таким образом, чтобы издавать звук.

Если громкоговоритель может генерировать звук, он также может его поглощать.

Хотя концепция плазменного громкоговорителя не нова, ученые EPFL пошли дальше и создали демонстрационный плазменный преобразователь с целью изучения шумоподавления. Они придумали новую концепцию, которую они называют активным "плазмоакустическим металлическим слоем", которым можно управлять для подавления шума. Их результаты опубликованы в Связь с природой.

Ученые были заинтригованы идеей использования плазмы для снижения уровня шума, поскольку она позволяет избавиться от одного из наиболее важных аспектов обычных громкоговорителей - мембраны. Громкоговорители, оснащенные мембранами, такие как те, что установлены в вашем автомобиле или дома, являются одними из наиболее изученных решений для активного шумоподавления. Он активен, потому что мембраной можно управлять для подавления различных звуков, в отличие от стены, которая выполняет эту работу пассивно.

Проблема с использованием обычного громкоговорителя в качестве звукопоглотителя заключается в том, что его мембрана ограничивает диапазон рабочих частот. Для звукопоглощения мембрана ведет себя механически, вибрируя, чтобы гасить звуковые волны в воздухе. Тот факт, что мембрана относительно тяжелая, то есть инерционность мембраны, ограничивает ее способность эффективно взаимодействовать с быстро меняющимися звуками или на высоких частотах.

"Мы хотели максимально уменьшить воздействие мембраны, поскольку она тяжелая. Но что может быть легким, как воздух? Сам воздух", - объясняет Станислав Сергеев, постдок акустической группы EPFL и первый автор. "Сначала мы ионизируем тонкий слой воздуха между электродами, который мы называем плазмоакустический металлический слой Те же самые частицы воздуха, теперь электрически заряженные, могут мгновенно реагировать на команды внешнего электрического поля и эффективно взаимодействовать со звуковыми колебаниями в воздухе вокруг устройства, чтобы нейтрализовать их".

Сергеев продолжает: "Как и ожидалось, связь между электрической системой управления плазмой и акустической средой происходит намного быстрее, чем при использовании мембраны".

Плазма не только эффективна на высоких частотах, но и универсальна, поскольку ее можно настроить для работы и на низких частотах. Действительно, ученые показывают, что динамикой тонких слоев воздушной плазмы можно управлять таким образом, чтобы она взаимодействовала со звуком на больших субволновых расстояниях, активно реагировала на шум и подавляла его в широкой полосе пропускания. Тот факт, что их устройство активно, является ключевым, поскольку технологии пассивного шумоподавления ограничены диапазоном частот, которыми можно управлять.

Поглотитель плазмы также более компактен, чем большинство обычных решений. Используя уникальную физику плазмоакустических металлических слоев, ученые экспериментально демонстрируют идеальное звукопоглощение: "100% интенсивности входящего звука поглощается металлическим слоем и ничего не отражается обратно", - говорит старший научный сотрудник акустической группы EPFL Эрве Лиссек. Они также демонстрируют настраиваемое акустическое отражение в диапазоне от нескольких Гц до кГц с прозрачными слоями плазмы толщиной всего в тысячную часть заданной длины волны, что намного меньше, чем у обычных решений для снижения шума.

Чтобы дать представление о том, насколько компактнее плазменный поглотитель, рассмотрим низкую слышимую звуковую частоту 20 Гц, где длина звуковой волны составляет 17 миллионов метров. Толщина плазменного слоя должна была бы составлять всего 17 мм, чтобы поглощать шум, в то время как большинство обычных решений по снижению шума, таких как поглощающие стены, должны были бы иметь толщину не менее 4 м, что часто ограничивает их осуществимость.

"Самым фантастическим аспектом этой концепции является то, что, в отличие от обычных звукопоглотителей, использующих пористые объемные материалы или резонансные структуры, наша концепция в некотором роде неземная. Мы представили совершенно новый механизм звукопоглощения, который можно сделать настолько тонким и легким, насколько это возможно, открывая новые границы в области контроля шума, где пространство и вес имеют значение, особенно на низких частотах", - говорит Эрве Лиссек.

EPFL заключила партнерство со швейцарской компанией Sonexos SA, занимающейся аудиотехнологиями, для разработки ультрасовременных активных звукопоглотителей, использующих концепцию plasmacoustic metalayer. Вместе они стремятся предложить новые и эффективные решения для снижения шума в широком спектре применений, включая автомобильный, потребительский, коммерческий и промышленный секторы.

"Это стратегическое сотрудничество использует опыт EPFL в области материаловедения и акустики, а также проверенный опыт Sonexos в разработке высокопроизводительных аудиорешений", - объясняет Марк Дональдсон, генеральный директор и основатель Sonexos.

Комментарии

0 комментариев