Es wurde eine Schalldämmmethode entwickelt, die bis zu 94% des Geräusches dämpft - erklären Sie, wie es funktioniert

Amerikanische Ingenieure haben eine Methode zur Geräuschisolierung vorgeschlagen. Es unterscheidet sich von den üblichen schallabsorbierenden Paneelen. Dies ist ein 3D-gedruckter Kunststoffring.


Foto von John Baer / CC BY-SA

Eine neue Art, Schall zu „absorbieren“

Klassische schallabsorbierende Paneele blockieren den Weg der Schallwellen und dämpfen die Schallenergie, von der einige in Wärme umgewandelt werden. Aufgrund des Designs und der verwendeten Materialien lassen solche Paneele praktisch keine Luft durch.

Spezialisten der Boston University haben einen "atmenden" Kunststoffring vorgeschlagen , der bis zu 94% des Geräusches blockiert. Er wurde "akustisches Metamaterial " genannt.

Das Funktionsprinzip des Metamaterials basiert auf der Fano-Resonanz . Wenn zwei Wellen interferieren, wird ihre Energie asymmetrisch verteilt. Infolgedessen steigt der Schalldruck an einem Punkt im Raum auf Maximalwerte an und an einem anderen Punkt sinkt er auf fast Null.

Forschern der Boston University gelang es, diese Verteilung der Schallwellen mithilfe einer speziellen Form von Metamaterial zu erreichen - im Ring befindet sich ein Spiralkanal, durch den Schall geleitet wird. Akustische Wellen in diesem Kanal werden von den Wänden reflektiert, treten in die Fano-Resonanz ein und verstummen.

Die Autoren der Technologie entwickelten einen Prototyp des Geräts, der auf einem 3D-Drucker gedruckt und auf einem Polyvinylchloridrohr installiert wurde, an dessen anderem Ende sich ein Lautsprecher befand. Und obwohl das Ende des Rohrs mit dem Ring mehr als die Hälfte offen blieb, wurde der durch ihn hindurchtretende Ton merklich leiser - in Aktion können Sie in diesem Video sehen :

Vor- und Nachteile

Einer der Vorteile der Technologie ist die Vielfalt der möglichen Formen eines „Schalldämpfers“. Laut den Autoren der Studie konnten sie geräuschabsorbierende Düsen mit einem quadratischen und sechseckigen Querschnitt simulieren - sie schlagen vor, dieses Material in Form von Bausteinen für schalldichte Trennwände zu verwenden.

Der zweite Vorteil sind die geringen Kosten. Das Gerät kann aus jedem Kunststoff hergestellt werden und erfordert keine besonders teuren Materialien. Zum Beispiel verwendeten die Autoren der Technologie ABS-Kunststoffstandard und Epoxid , um Prototypen für 3D-Drucker zu erstellen.

Die Erfindung hat jedoch einen offensichtlichen Nachteil - die Notwendigkeit einer individuellen Berechnung. Jedes Gerät ist für bestimmte Frequenzen und Größen ausgelegt, sodass massenproduzierte Universalringe nicht funktionieren.

Analoga der Erfindung

Die Richtung akustischer Metamaterialien entwickelt sich seit mehreren Jahren. Und nicht nur Forscher aus Boston arbeiten in diesem Bereich. Als Analogon können wir das Gerät von Ingenieuren aus Frankreich zitieren - 2016 haben sie ein 1 cm dickes Panel geschaffen , das niedrige Frequenzen blockiert. Typischerweise sind bis zu 10 cm dicke Platten erforderlich , um niedrige Frequenzen zu unterdrücken.

Die französische Erfindung besteht aus einer Reihe kleiner Helmholtz- Resonatorkammern , die übertragene Geräusche übertönen. Laut den Autoren der Lösung kann es zur Geräuschdämmung in Gebäuden und Fahrzeugen verwendet werden - Paneele nehmen wenig Platz ein und wiegen ein wenig, blockieren jedoch fast 100% der Geräusche.

Ein weiteres akustisches Metamaterial wurde an der University of Southern California entwickelt. Es ist eine Gitterstruktur aus Kunststoff mit Eisenpartikeln, die mit einem 3D-Drucker erstellt wurde. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes bewegen sich diese Partikel, wodurch sich die Struktur des Materials und seine akustischen Eigenschaften ändern.


Foto Shunichi kouroki / CC BY

Schlussfolgerungen

Es wird angenommen, dass Entwicklungen auf dem Gebiet der akustischen Metamaterialien den möglichen Umfang der Schalldämmung erweitern werden. Die Forscher erwarten, dass Innovationen bei der Lärmreduzierung dazu beitragen, das städtische Ökosystem komfortabler zu gestalten: Metamaterialien können verwendet werden, um Lärmschutzwände entlang wichtiger Autobahnen zu bauen.

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