211service.com
Akustický plášť navržený
Obyvatelé města, odpočívejte. Inženýři navrhli materiál, který přesměrovává zvuky a mohl by být použit v budovách, aby je chránil před hlukem. Zvukotěsný materiál, který, pokud by byl skutečně vyroben, by byl prvním akustickým maskovacím zařízením, by mohl být také užitečný při skrývání vojenských lodí a dalších plavidel před sonarem.
Zvukový štít: Akustický plášť obsahující střídající se vrstvy materiálů rozptylujících zvuk by měl učinit předměty neviditelnými pro sonar – a izolovat od zvuku. Na tomto počítačem generovaném snímku je válec (zelený kruh) potažen 200 vrstvami takového materiálu, což bylo shledáno jako optimální. Zvukové vlny pohybující se zleva doprava (jejich vrcholy a prohlubně jsou znázorněny červenými a modrými čarami) proudí kolem objektu a reformují se na druhé straně bez zkreslení.
Akustické maskovací materiály, které směrují zvukové vlny kolem předmětu tak, aby se znovu vytvořily na druhé straně bez zkreslení, v přírodě neexistují. Ale inženýři v čele s José Sánchez-Dehesa na Polytechnické univerzitě ve Valencii ve Španělsku vytvořili plán jejich výroby pomocí střídajících se vrstev dvou různých materiálů. Tyto materiály by zahrnovaly pole zvukových krystalů – vzory malých tyčí vyrobených z hliníku nebo jiných materiálů, které umožňují průchod některým zvukovým vlnám, zatímco jiným blokují průchod.
Návrh maskovacích materiálů, zveřejněný v New Journal of Physics , ukazuje, že výroba akustického štítu může být provedena přímočarým a jednoduchým způsobem, říká Steven Cummer , elektrotechnik na Duke University, který se v roce 2006 podílel na konstrukci prvního světelného pláště.
V návaznosti na teoretické práce John Pendry na Imperial College v Londýně, skupina na Duke University pod vedením David R. Smith a včetně Cummer vytvořil štít, který činí objekty neviditelnými pro konkrétní frekvenci mikrovlnného světla. Používali metamateriály, uměle strukturované kompozity navržené tak, aby měly vlastnosti nesrovnatelné s přírodními materiály. Již asi 10 let inženýři navrhují metamateriály pro manipulaci se světlem v naději, že vytvoří nové zobrazovací technologie, čočky mikroskopů a počítačové čipy s hustotou tranzistorů. Nový recept na akustický plášť staví na nedávné teoretické práci Cummera o akustických materiálech a ukazuje, že metamateriály lze použít k manipulaci se zvukovými vlnami i se světelnými vlnami. Cummer, který se na práci Sáncheze-Dehese nepodílel, říká, že by nyní mělo být možné vyrobit akustický plášť.
Aby materiál fungoval jako akustický plášť, musí být rychlost zvuku procházejícího skrz něj závislá na směru. To znamená, že zvukové vlny procházející materiálem stínění z jednoho směru se musí pohybovat jinou rychlostí než vlny pohybující se v kolmém směru. Tyto rozdíly vytvářejí rozptylové efekty, které by měly směrovat zvukové vlny tak, aby proudily přes stíněný objekt, jako je voda obtékající skálu. Protože se vlny po průchodu takto chráněným objektem vrátí do své původní konformace, objekt se stane pro sonar efektivně neviditelný. A posluchač uvnitř takového štítu by neslyšel zvuky proudící kolem.
Sánchez-Dehesa vymodeloval dvourozměrný akustický plášť, ale říká, že extrapolace jeho díla do tří rozměrů by měla být přímočará. Navrhujeme plášť pro jakýkoli tvar, říká. Skrytí válečných lodí před sonarem je jednou z možných aplikací. Ale Sánchez-Dehesa se zajímá o problém hluku obecně. V zásadě je podle něj možné vyrobit tento plášť velmi tenký, v řádu centimetrů. Pokud jsme schopni navrhnout stěnu, kterou bychom umístili do domu, aby chránila vnější hluk, bylo by to velmi pěkné. Cummer si představuje sloupy pro koncertní sály, které provádějí konstrukční práce, ale akusticky tam ve skutečnosti nejsou.
Na rozdíl od světelných plášťů, které mohou odstínit předměty před světlem pouze jedné frekvence, akustické pláště by měly být schopny odstínit předmět v širokém rozsahu frekvencí. Podle Einsteinovy teorie speciální relativity mohou světelné štíty fungovat pouze na jedné vlnové délce. Jak se vlna pohybuje kolem [maskovacího] materiálu, musí jít rychleji než vzduchem, vysvětluje Cummer. Podle fyzikálních zákonů to není možné dělat na více než jedné frekvenci najednou. Rychlost zvuku však není univerzální konstantou, takže by mělo být možné vyrobit širokopásmové akustické pláště.
Podle návrhu Sánchez-Dehesa musí být tloušťky střídajících se vrstev tvořících zvukový štít velmi pečlivě kontrolovány. Cummer říká, že to bude představovat inženýrskou výzvu, ale ne nepřekonatelnou. Ve skutečnosti, říká Cummer, design zvukového štítu dává navrženým akustickým materiálům velký posun vpřed.