Учёные разработали систему активного шумоподавления, состоящую из воздуха

Системы активного шумоподавления, которые создают звуковые волны в противофазе для погашения шума, уже давно применяются в наушниках и других устройствах. Однако, вопрос о том, как погасить шумы в пространстве, остается открытым. Исследователи из Швейцарии представили новую систему активного шумоподавления, которая не использует динамики.

Они продемонстрировали, что тонкий слой плазмы, создаваемый ионизацией воздуха, может эффективно поглощать звук. В эксперименте слой воздуха толщиной 17 мм полностью подавил входящий звук на частоте 20 Гц, в то время как для его полной остановки понадобилась бы стена толщиной 4 метра.

Хотя концепция плазменного громкоговорителя не нова, ученые пошли дальше и построили демонстрацию плазменного преобразователя, чтобы изучить шумоподавление. Они придумали новую концепцию, которую назвали активным «плазмоакустическим метаслоем». Этим слоем из ионизированного воздуха можно управлять для подавления шума.

Ученых заинтриговала идея использования плазмы для снижения шума, поскольку она избавляет от одного из наиболее важных аспектов обычных громкоговорителей: мембраны. Громкоговорители, оснащенные мембранами, — одно из наиболее изученных решений для активного шумоподавления. Мембраной можно управлять, чтобы гасить звуки, в отличие от стены, которая выполняет эту работу пассивно. Проблема с использованием обычного громкоговорителя в качестве звукопоглотителя заключается в том, что его мембрана ограничивает рабочий частотный диапазон. Для звукопоглощения мембрана механически вибрирует, чтобы гасить звуковые волны.

«Мы хотели максимально уменьшить влияние мембраны, так как она тяжелая. Но что может быть легким, как воздух? Сам воздух, — объясняет Станислав Сергеев, постдоктор Акустической группы EPFL и первый автор. — Сначала мы ионизируем тонкий слой воздуха между электродами, который мы называем „плазмоакустическим метаслоем“. 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».

Микрофон «воздушного» шумоподавителя улавливает звук, после чего в системе параллельных проводников — в метаслое — создаётся электромагнитное поле такой силы и направления, что оно разгоняет ионы в сторону источника звука. В свою очередь, ионизированные атомы воздушной среды толкают атомы обычного воздуха в направлении своего движения и, тем самым, генерируют звуковые волны в противофазе шуму. Связь между электрической системой управления плазмой и акустической средой происходит намного быстрее, чем с мембраной. Динамикой тонких слоев воздушной плазмы можно управлять, чтобы взаимодействовать со звуком на субволновых расстояниях, активно реагировать на шум и подавлять его в широкой полосе пропускания.

Поглотитель плазмы также компактнее, чем большинство обычных решений. Для гашения шума воздухом не нужны «диффузоры» и конструкции, сравнимые с шумом длины волны. Для этого достаточно воздушного (гасящего) слоя толщиной до тысячных долей от длины волны. Например, для гашения звука частотой 20 Гц с длиной звуковой волны 17 м достаточно ионизированного слоя воздуха толщиной всего 17 мм, тогда как в случае поглощающей стены потребовалось бы сооружение толщиной более 4 метров. Ученые экспериментально продемонстрировали идеальное звукопоглощение 100% интенсивности входящего звука.

Разработчики системы уже заключили партнерское соглашение с Sonexos SA — швейцарской компанией, занимающейся аудиотехнологиями, для разработки передовых активных звукопоглотителей, в которых используется концепция плазмоакустического метаслоя. Вместе они предоставят новые и эффективные решения для снижения шума в широком спектре приложений, включая автомобильную, потребительскую, коммерческую и промышленную отрасли.

Источник:

ХайТек+