Redesignet vindue stopper lyd, men ikke luft, siger materialeforskere

Støjforurening er en af ​​bugbears i det moderne liv. Lyden af ​​maskiner, motorer, naboer og lignende kan alvorligt påvirke vores livskvalitet og for de andre skabninger, der deler denne planet.

Men at isolere mod lyd er en svær og dyr forretning. Lydisolering fungerer generelt efter princippet om at overføre lyd fra luften til et andet medium, som absorberer og dæmper den.

Så ideen om at skabe en barriere, der absorberer lyd og samtidig tillader fri passage af luft, virker ved første antagelse fuldstændig umulig. Men det er præcis, hvad Sang-Hoon Kima ved Mokpo National Maritime University i Sydkorea og Seong-Hyun Lee ved Korea Institute of Machinery and Materials har opnået.

Disse fyre har fundet på en måde at adskille lyd fra luften, den bevæger sig i, og derefter dæmpe den. Dette har givet dem mulighed for at bygge et vindue, der tillader luft at strømme, men ikke lyd.

Designet er relativt enkelt og bygger på to eksotiske akustiske fænomener. Den første er at skabe et materiale med et negativt bulkmodul.

Et materiales bulkmodul er hovedsageligt dets modstandsdygtighed over for kompression, og dette er en vigtig faktor til at bestemme den hastighed, hvormed lyd bevæger sig gennem det. Et materiale med et negativt bulkmodul dæmper eksponentielt enhver lyd, der passerer gennem det.

Det er dog svært at forestille sig et solidt materiale, der har et negativt bulkmodul, hvilket er hvor lidt smart design kommer til nytte.

Kima og Lees idé er at designe et lydresonanskammer, hvor resonanskræfterne modarbejder enhver kompression. Med omhyggelig design fører dette til et negativt bulkmodul for et bestemt frekvensområde.

Deres resonanskammer er faktisk meget simpelt – det består af to parallelle plader af gennemsigtigt akrylplastik på omkring 150 millimeter kvadratisk og adskilt med 40 millimeter, snarere som en del af termoruder på størrelse med en paperback-bog.

Dette kammer er designet til at sikre, at enhver lyd, der resonerer inde i det, virker mod den måde, den samme lyd komprimerer kammeret på. Når dette sker, er bulkmodulet for hele kammeret negativt.

En vigtig faktor i dette er hvor effektivt lyden kan komme ind i kammeret og her har Kima og Lee endnu et trick. For at maksimere denne effektivitet borer de et 50 millimeter hul gennem hvert stykke akryl. Dette fungerer som et diffraktionselement, der får enhver lyd, der rammer kammeret, til at diffraktere kraftigt ind i det.

Resultatet er et vindue med termoruder med et negativt bulkmodul, der kraftigt dæmper lyden, der rammer det.

Kima og Lee bruger deres termoruder som en byggesten til at skabe større vinduer. I test med en 3x4x3 væg af byggeklodser siger de, at deres vindue reducerer lydniveauet med 20-35 decibel over et lydområde på 700 Hz til 2.200 Hz. Det er en markant reduktion.

Og ved at bruge ekstra byggeklodser med mindre huller, kan de udvide dette område til at dække lavere frekvenser.

Det, der er praktisk ved disse vinduer, er, at huller gennem dem også tillader den frie luftstrøm, hvilket også giver rigelig ventilation.

Ansøgningerne er mange. Ændring af størrelsen på hullerne gør vinduerne indstillelige, så de kun skærmer for bestemte frekvenser, de nye designs har nogle interessante applikationer.

For eksempel, hvis vi er i et kombineret område af lyde fra havbølger med lav frekvens og støj fra maskine, der arbejder ved en høj frekvens, kan vi kun høre lyde fra havbølger med frisk luft, siger Kima og Lee.

Hvad mere er, siger de, at den samme idé også bør fungere i vand, hvilket kan hjælpe i applikationer som at beskytte havdyr mod støjforurening.

En smart idé, der tackler et af de mere og mere almindelige problemer i moderne livsstil.

Ref: arxiv.org/abs/1307.0301 : Luftgennemsigtigt lydtæt vindue

skjule