Zespół naukowców działających w dziedzinie inżynierii materiałowej z Korei Południowej stworzył rodzaj okna, które wycisza hałas i jednocześnie pozwala na swobodny przepływ powietrza.
Budowa okna oparta jest na zjawisku dyfrakcji fal i akustyce metamateriałów. Konstrukcja składa się z przestrzennej trójwymiarowej tablicy rezonatorów wywołujących silne ugięcie padających na nie fal. Każdy rezonator posiada otwór, który sprzyja zjawisku dyfrakcji.
Aby uniknąć przemieszczania się fal dźwiękowych z jednego miejsca do drugiego, inżynierowie zazwyczaj używają materiałów, które są w stanie przesyłać dźwięk w powietrzu do innego nośnika. Akustyczne metamateriały pomagają w ciekawy sposób kontrolować fale mechaniczne – dźwięk, a także fale ultradźwiękowe i infradźwiękowe. Odpowiednikiem akustycznym optycznych metamateriałów są materiały o ujemnej liczbie Poissona.
Okno składa się z dwóch równoległych płaszczyznach z przezroczystego tworzywa akrylowego, oddzielonych od siebie jedynie o 40 mm, podobnie jak u stosowanych obecnie okien z podwójnymi szybami. Komora między płaszczyznami z tworzywa sztucznego została zaprojektowany w taki sposób, aby fala dźwiękowa, która się tam znajdzie była wygaszana przez ciśnienie wykorzystując materiał o ujemnym współczynniku Poissona. Każda komora to obszar o powierzchni około 150 milimetrów kwadratowych. Komory ułożone są w większe obszary tworzące tablice. W każdej komorze został wywiercony otwór. Kolejnym krokiem było umieszczenie przy krawędziach otworów odpowiednich cylindrów – emitera i odbiornika dźwięku. W taki sposób zbadano załamanie i przejście fal dźwiękowych w komorach.
Naukowcy Sang-Hoon Kim z Mokpo National Maritime University oraz Seong-Hyun Lee z Korea Institute of Machinery and Materials zbadali właściwości akustyczne okien z otworami o średnicach 20 i 50 mm. Fale dźwiękowe o mocy 80 dB w przedziale częstotliwości 400-5000 Hz skierowano na okno. Stwierdzono, że poziom hałasu został zredukowany o około 30-35 dB w powyższym zakresie częstotliwości dla średnicy otworów 20 mm. Dla fal w przedziale częstotliwości 700-2200 Hz o średnicy otworów 50 mm moc fali została zredukowana o około 20-35 dB.
Naukowcy zwracają uwagę na to, że zmieniając rozmiar otworu mamy wpływ na wyciszanie różnych częstotliwościach. Im mniejsza średnia otworu tym fale o niższej częstotliwości można wygłuszać. Dzięki temu możemy stworzyć, np system wentylacyjny, które wyciszy uciążliwe odgłosy, jednocześnie umożliwiając odbiór żądanej fali o odpowiedniej długości (np. fal morza) wraz z dopływem świeżego powietrza.
Źródło:
[1] Air transparent soundproof window Sang-Hoon Kima and Seong-Hyun Leeb Division of Marine Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 530-729, R. O. Korea Institute of Machinery and Materials, Yuseong-Gu, Daejeon 305-343, R. O. Korea
[2] http://arxiv.org/pdf/1307.0301v1.pdf | 10.07.2013
[3] Soundproof windows by dumbonyc, flickr.com, CC BY-SA 2.0