Учёные создали метаматериал для подавления шума без блокировки воздуха

Команда исследователей из Бостонского университета представила разработку, которая способна радикально изменить подход к борьбе с шумом в городах и на производстве. Новый метаматериал под названием PGUOM (Phase Gradient Ultra-Open Metamaterial — «Ультраоткрытый метаматериал с фазовым градиентом») блокирует широкий диапазон звуковых частот, при этом полностью сохраняя прохождение воздушного потока. Это открывает возможности для создания тихих, но хорошо вентилируемых помещений — от больниц до промышленных цехов.

Что такое метаматериал и в чём суть новинки?

Метаматериал — это искусственно созданная структура, обладающая уникальными свойствами, которых нет у природных материалов. В случае PGUOM речь идёт о способности перенаправлять и рассеивать звуковые волны, не создавая герметичных барьеров.

Разработка использует особую систему ячеек с фазовым градиентом, которые преобразуют входящий звук в поверхностные колебания. Эти колебания затем рассеиваются, что приводит к значительному снижению уровня шума. Центральная ячейка каждой секции конструкции специально оставлена открытой, чтобы обеспечить свободный проход воздуха.

Как работает технология PGUOM?

Принцип работы:

• Звуковая волна попадает в структуру материала.
• Боковые ячейки создают фазовые сдвиги, искажающие исходный сигнал.
• Звук преобразуется в поверхностные волны и рассеивается вдоль материала.
• Открытая центральная ячейка пропускает воздух, сохраняя вентиляцию.

Профессор Синь Чжан, руководитель проекта, поясняет:

«PGUOM использует подход, схожий с активным шумоподавлением в наушниках, но на уровне архитектуры помещения. Мы можем настраивать его под конкретные диапазоны частот и условия работы».

Крупный план цилиндрического метаматериала с фазовым градиентом, используемого для акустического подавления.

Почему это важно для городов и промышленности?

Современные шумоподавляющие решения часто требуют полной изоляции помещения, что ухудшает вентиляцию и создаёт дискомфорт. PGUOM устраняет этот недостаток.

Возможные применения:

• Офисы — снижение шума с улицы при открытых окнах.
• Больницы — тихие палаты без «закупоренного» воздуха.
• Аэропорты — уменьшение шума реактивных двигателей для близлежащих районов.
• Заводы — защита слуха рабочих без перегрева помещений.
• Жилые дома — комфортный сон даже рядом с оживлёнными трассами.

Перспективы и ограничения.

Хотя технология уже демонстрирует впечатляющие результаты, учёные отмечают, что она не универсальна. Для каждого объекта необходимо подбирать конфигурацию материала с учётом конкретных звуковых диапазонов и требований к воздушному потоку.

Тем не менее, гибкость PGUOM делает его перспективным для интеграции в системы вентиляции, промышленные установки и городскую инфраструктуру. По мнению специалистов, массовое внедрение таких материалов способно значительно снизить уровень шумового загрязнения в мегаполисах без ущерба для качества воздуха.

Заключение.

PGUOM — это шаг к городам и предприятиям будущего, где тишина и свежий воздух могут сосуществовать. Если технология получит широкое распространение, привычный шумовой фон мегаполисов может заметно измениться уже в ближайшие годы.