Физики создали устройство, которое почти не отражает звук обратно
Физики разработали компактное устройство, способное почти полностью подавлять отражение звука внутри труб и вентиляционных каналов. Конструкцию назвали «звуковой чёрной дырой», поскольку попавшая в неё звуковая волна постепенно замедляется и почти не возвращается обратно.
Речь не идёт о настоящей чёрной дыре или имитации её гравитации. Название описывает только поведение звука. В идеальном случае волна, вошедшая в такую структуру, постепенно теряет скорость, её длина уменьшается, а энергия рассеивается и практически не отражается назад.
Подобные устройства существовали и раньше, но обычно их приходилось встраивать непосредственно в стенки трубы. Это делало технологию неудобной для уже работающих систем вентиляции, кондиционирования или промышленных трубопроводов.
Команда под руководством исследователей Университета Рамона Льюля в Испании предложила другую конструкцию. Вместо изменения стенок трубы физики разместили на центральном стержне ряд колец постепенно меняющегося размера. Получившийся модуль можно изготовить отдельно на 3D-принтере и просто вставить в конец существующей трубы.
Пространства между кольцами образуют последовательность полостей, которые меняют распространение звуковой волны. По мере движения внутрь конструкции звук замедляется, его энергия концентрируется, а затем частично превращается в тепло из-за взаимодействия воздуха с поверхностью устройства.
Для проверки исследователи напечатали прототип длиной 15 см и установили его в специальную акустическую трубу. Динамик создавал звуковые волны разных частот, а микрофоны измеряли, какая их часть отражалась обратно. Эксперимент хорошо совпал с результатами компьютерного моделирования.
Полностью убрать отражение устройство пока не способно, однако новая конструкция показала меньший коэффициент отражения, чем традиционная «звуковая чёрная дыра» с сопоставимым свободным сечением. Кроме того, эффект сохранялся в более широком диапазоне частот.
Главное практическое преимущество заключается в том, что такую вставку не требуется проектировать вместе с трубой. Её можно относительно дёшево напечатать отдельно и адаптировать к каналам разной формы и из разных материалов.
В перспективе технология может применяться в вентиляции, кондиционировании, промышленных системах и глушителях, где отражения звуковых волн усиливают шум. Исследователи также изучают возможность создания двух- и трёхмерных вариантов подобных структур для управления звуком в помещениях.
До практического применения ещё предстоит проверить работу конструкции при движущемся воздушном потоке, высокой температуре, изменении давления и загрязнении полостей частицами.
Исследование в журнале Applied Acoustics.