Indbygget vibrationskontrol kan hjælpe lydisolerede rum

En anden form for design til at absorbere vibrationer kunne hjælpe med at forbedre lydisolerede vægge og gøre køretøjer mere strømlinede, viser en ny undersøgelse.

Undersøgelsen testede, hvor godt indbyggede resonatorer håndterede vibrationer under en række forskellige scenarier. Resonatorer er enheder, der hjælper med at styre vibrationer - nogle køretøjer har dem til at begrænse lyden, der udsendes fra en bils lyddæmper, og nogle broer og bygninger bruger dem til at begrænse støj og bevægelse fra disse strukturer. Resonatorer bruger fjederlignende svingninger til at kontrollere og ændre vibrationer - nogle absorberer og neutraliserer dem, andre forstærker og dirigerer dem til bestemte steder. (Kammeret inde i en akustisk guitar er en resonator, for eksempel.)

Tidligere undersøgelser har undersøgt, hvordan man bruger resonatorer til at kontrollere lyd, der passerer gennem vægge, eller til at reducere vibrationerne fra kørende køretøjer. Disse undersøgelser har fokuseret på at tilføje en resonator til en eksisterende struktur eller køretøjsdel. Men denne undersøgelse viste, at skæring af resonatorer direkte ind i væggen eller køretøjets materiale undertrykte de vibrationer, der kunne sprede sig.

"Vi ønskede at skabe og teste et design, der ville reducere vibrationer, " sagde Ryan Harne, seniorforfatter af papiret og tidligere lektor i maskinteknik ved Ohio State University. "Vibration er en integreret del af mange problemer inden for teknik, både i, hvordan vi konstruerer bygninger, og i hvordan vi laver bedre fly og andre køretøjer."

Harne, der har en adjungeret stilling i Ohio State, har siden sluttet sig til fakultetet ved Penn State University. Eksperimenterne til denne undersøgelse blev udført i hans tidligere laboratorium i Ohio State. Det laboratorium indeholder udstyr, der lader forskere kontrollere kraften og frekvensen af ​​vibrationer under videnskabelige eksperimenter.

Til denne undersøgelse, Harne og tidligere Ohio State doktorand Sih-Ling Yeh, hovedforfatter af undersøgelsen, skære resonatorer i rektangulære akrylplader. Deres studie, offentliggjort i oktober 2021-bindet af tidsskriftet Tyndvæggede strukturer , var den første til at overveje, hvad der kunne ske, hvis resonatorer blev skåret direkte ind i et materiale, snarere end tilføjet senere.

Undersøgelsen sammenlignede ikke direkte indskårne resonatorer med dem, der er tilføjet. Harne sagde, at indskårne resonatorer er mere strømlinede end dem, der er tilføjet og ville være bedre muligheder for applikationer, hvor pladsen betyder noget - i konstruktionen af ​​et fly eller en væg, for eksempel.

Forskerne holdt pladerne på plads ved hjælp af forskellige mekanismer - nogle blev fastspændt, nogle var suspenderet i luften, og nogle blev holdt op af støtter. Derefter brugte de en mekaniseret hammer til at slå pladerne og målte kraften af ​​vibrationerne skabt af hver plade efter hammerens stød. De holdt en plade uændret som kontrol.

De fandt ud af, at vibrationer rejste længere på de uændrede plader end på dem med indbyggede resonatorer. Resonatorerne, deres eksperimenter viste, hjalp pladerne med at bøje og absorbere vibrationerne fra hammeren.

Eksperimenterne blev bygget til at teste et design, der kunne have flere virkelige applikationer og bruges til at lydisolere vægge, men også kunne bruges til at bygge flyrammer, der automatisk mindsker lyden, der kommer ind i kabinen.

"Du kan forestille dig en sandwich-lignende konstruktion, hvor du sætter et letvægtspanel med en indbygget resonator mellem to paneler af sheetrock, eller lag det inden for væggene i et fly, " sagde Harne. "Og du kunne bruge dette til at reducere vibrationer i hele systemet uden at reducere aerodynamikken eller effektiviteten, da massen er elimineret. Det styrer den vibration, og vibrationer påvirker det, vi hører, og det påvirker, hvor strømlinet et fly eller en bil er."

Resonatorerne var også i stand til at absorbere vibrationer, uanset hvordan pladerne blev holdt på plads, noget der overraskede Harne, som har studeret vibrationer og frekvenser i årevis.

"Jeg var også overrasket over, hvor effektivt dette var, fordi vi ikke tilføjer masse til tallerkenerne - normalt, resonatorer tilføjes bagefter, " sagde Harne. "Men her, vi viste, at ved at bygge dem ind, du kan opnå endnu bedre vibrationskontrol."