211service.com
Izstrādāts akustiskais apmetnis
Pilsētnieki, atpūtieties. Inženieri ir izstrādājuši materiālu, kas novirza skaņas un ko varētu izmantot ēkās, lai pasargātu tās no trokšņiem. Skaņu aizsargājošais materiāls, kas, ja tas patiešām tiktu izgatavots, būtu pirmā akustiskā maskēšanas ierīce, varētu būt noderīgs arī militāro kuģu un citu kuģu paslēpšanai no hidrolokatoriem.
Skaņas vairogs: Akustiskajam apmetnim, kas sastāv no mainīgiem skaņu izkliedējošu materiālu slāņiem, jāpadara objekti sonāram neredzami un jāizolē no skaņas. Šajā datorizētajā attēlā cilindrs (zaļš aplis) ir pārklāts ar 200 šāda materiāla slāņiem, kas tika atzīts par optimālo dizainu. Skaņas viļņi, kas virzās no kreisās puses uz labo (to virsotnes un ieplakas ir attēlotas ar sarkanām un zilām līnijām), plūst garām objektam un pārvēršas otrā pusē bez traucējumiem.
Dabā nepastāv akustiski maskējoši materiāli, kas novirza skaņas viļņus ap objektu tā, lai tie atkal veidotos otrā pusē bez kropļojumiem. Bet inženieri priekšgalā Hosē Sančess-Dehesa Valensijas Politehniskajā universitātē, Spānijā, ir izveidojuši plānu to izgatavošanai, izmantojot pārmaiņus divu dažādu materiālu slāņus. Šajos materiālos būtu skaņas kristālu bloki — mazu stieņu raksti, kas izgatavoti no alumīnija vai citiem materiāliem, kas ļauj iziet dažiem skaņas viļņiem, vienlaikus bloķējot citus.
Apmetuma materiālu dizains, kas publicēts Jauns fizikas žurnāls , parāda, ka akustiskā vairoga izgatavošanu var izdarīt tiešā un vienkāršā veidā, saka Stīvens Kamers , Djūka universitātes elektroinženieris, kurš 2006. gadā bija iesaistīts pirmā vieglā apmetņa būvniecībā.
Balstoties uz teorētisko darbu Džons Pendrijs Imperiālajā koledžā Londonā, grupa Djūka universitātē, kuru vadīja Deivids R. Smits un, ieskaitot Cummer, izveidoja vairogu, kas padara objektus neredzamus noteiktai mikroviļņu gaismas frekvencei. Viņi izmantoja metamateriālus, mākslīgi strukturētus kompozītmateriālus, kas izstrādāti tā, lai tiem būtu dabīgiem materiāliem nesalīdzināmas īpašības. Apmēram 10 gadus inženieri ir izstrādājuši metamateriālus, lai manipulētu ar gaismu, cerot radīt jaunas displeja tehnoloģijas, mikroskopa lēcas un datoru mikroshēmas, kas ir blīvas ar tranzistoriem. Jaunā akustiskā apmetņa recepte ir balstīta uz Kammera neseno teorētisko darbu par akustiskajiem materiāliem, un tas parāda, ka metamateriālus var izmantot, lai manipulētu gan ar skaņas, gan gaismas viļņiem. Kamers, kurš nebija iesaistīts Sančesa-Dehesa darbā, saka, ka tagad vajadzētu būt iespējai izgatavot akustisko apmetni.
Lai materiāls darbotos kā akustiskais apmetnis, caur to izplūstošās skaņas ātrumam jābūt atkarīgam no virziena. Tas ir, skaņas viļņiem, kas virzās cauri ekranēšanas materiālam no viena virziena, jāpārvietojas ar atšķirīgu ātrumu nekā viļņiem, kas pārvietojas perpendikulārā virzienā. Šīs atšķirības rada izkliedes efektus, kuriem vajadzētu virzīt skaņas viļņus, lai tie plūst pāri ekranētam objektam, piemēram, ūdenim, kas plūst ap akmeni. Tā kā viļņi atgriežas sākotnējā formā, palaižot garām šādu ekranētu objektu, objekts faktiski kļūst neredzams hidrolokatoram. Un klausītājs šādā vairoga iekšpusē nedzirdētu apkārt plūstošās skaņas.
Sančess-Dehesa ir modelējis divdimensiju akustisko apmetni, taču saka, ka viņa darbu ekstrapolēšanai trīs dimensijās vajadzētu būt vienkāršai. Mēs piedāvājam apmetni jebkurai formai, viņš saka. Viena no iespējām ir slēpt karakuģus no hidrolokatoriem. Bet Sančesu-Dehesu kopumā interesē trokšņa problēma. Viņš saka, ka principā šo apmetni var padarīt ļoti plānu, apmēram centimetrus. Ja mēs varētu izveidot sienu, ko ielikt mājā, lai novērstu ārējo troksni, tas būtu ļoti jauki. Cummer iedomājas kolonnas koncertzālēm, kuras veic strukturālos darbus, bet akustiski to faktiski nav.
Atšķirībā no gaismas apmetņiem, kas var pasargāt objektus no tikai vienas frekvences gaismas, akustiskajiem apmetņiem jāspēj aizsargāt objektu pret plašu frekvenču diapazonu. Saskaņā ar Einšteina speciālās relativitātes teoriju gaismas vairogi var darboties tikai vienā viļņa garumā. Kad vilnis pārvietojas ap [apsegšanas] materiālu, tam ir jāiet ātrāk nekā pa gaisu, skaidro Kamers. Saskaņā ar fizikas likumiem to nav iespējams izdarīt vairāk nekā vienā frekvencē vienlaikus. Tomēr skaņas ātrums nav universāla konstante, tāpēc vajadzētu būt iespējai izveidot platjoslas akustiskus apmetņus.
Saskaņā ar Sančesa-Dehesa dizainu skaņas vairogu veidojošo mainīgo slāņu biezums ir ļoti rūpīgi jākontrolē. Cummer saka, ka tas radīs inženiertehnisku izaicinājumu, bet ne nepārvaramu. Patiešām, saka Cummer, skaņas vairoga dizains dod lielu virzību uz priekšu izstrādātajiem akustiskajiem materiāliem.