Spider-web labyrinter kan hjælpe med at reducere støjforurening

(Phys.org) —Forskere har vist, at geometrien i et naturligt edderkoppespind kan bruges til at designe nye strukturer, der løser en af ​​de største udfordringer inden for lydkontrol:reducering af lavfrekvent støj, som er det næststørste miljøproblem i Europa efter luftforurening.

Forskerne, Anastasiia Krushynska og Federico Bosia ved universitetet i Torino; Marco Miniaci fra University of Le Havre; og Nicola Pugno ved University of Trento, Queen Mary University of London, og italiensk rumorganisation, foreslå en ny tilgang til dette problem i et nyligt nummer af New Journal of Physics .

"Dette arbejde giver en ny lovende tilgang til at opnå lavfrekvent støjdæmpning, "Fortalte Pugno Phys.org . "Strategien er baseret på design af akustiske metamaterialer, som kombinerer fordelene ved en edderkoppespindelignende geometri og labyrintiske kanalers tilgang til rummet. Denne struktur giver også en enkel og pålidelig måde at indføre tunbarhed i lydmanipulation, hvilket er yderst ønskeligt til praktiske anvendelser. "

Da lavfrekvente lyde er kendetegnet ved lange bølgelængder, afskærmning af disse akustiske bølger kræver typisk meget tyk, tunge strukturer, der er dyre og upraktiske til de fleste applikationer.

En alternativ tilgang er at bruge nyligt udviklede metamaterialer. Mens traditionelle akustiske barrierer afhænger af materialets sammensætning og tykkelse for at manipulere lyd, metamaterialer gør dette med deres indviklede struktur i subbølgelængde. Som resultat, metamaterialer kan være meget tynde, men kan stadig effektivt reducere og manipulere lavfrekvente lyde.

I den nye undersøgelse, forskerne baserede deres design på et nyt koncept kaldet labyrintiske metamaterialer eller "rumspoler, "først foreslået for et par år siden. Labyrintiske metamaterialer består af lag af foldede zig-zag-kanaler roteret i forhold til hinanden, giver dem et labyrintlignende udseende.

Et sådant labyrintisk metamateriale er konfigureret i form af et edderkoppespind. Forfatterne til den aktuelle undersøgelse viste for nylig, at denne geometri er særlig effektiv til at dæmpe (eller reducere intensiteten af) elastiske bølger. Nu i deres nye undersøgelse, forskerne ændrede det tidligere foreslåede labyrintiske metamaterialedesign ved at tilføje en firkantet ramme, så den resulterende struktur ligner et konventionelt edderkoppespind, og viste, at denne enkle ændring skaber luftrum, der muliggør variation i bredderne på hver kanal i nettet. Ved at kontrollere kanalbredderne, forskerne viste, at det er muligt at justere metamaterialets akustiske egenskaber, herunder måden, den spreder og reflekterer lydbølger på.

Forskerne forventer, at det edderkoppespindestrukturerede metamateriale, som er designet til at være lavet af aluminium, kan let fremstilles, hvilket gør det potentielt nyttigt til en lang række applikationer, der involverer lavfrekvent lydmanipulation.

"Selvom lignende geometrier har vist løfte om dæmpning af lavfrekvente vibrationer, de udviklede metamaterialer kan ikke anvendes direkte på seismisk afskærmning, da de manipulerer akustiske (luftbårne) og ikke elastiske bølger, "Pugno forklarede." Deres applikationer omfatter kontrol af lavfrekvent lyd og støjisolering, der stadig er udfordrende med traditionelle metoder, samt transformationsakustik og lydfokusering, som i koncertsale. "

© 2017 Phys.org