Физики ИТМО предложили технологию для снижения уровня шума. Они разработали конструкцию на основе метаматериала, которая может снижать уровень шума в 10 раз. Ключевые ее особенности — воздухопроницаемость и светопрозрачность. Проект может стать альтернативой привычным шумозащитным экранам. Решение ученых не требует больших затрат и его можно использовать для защиты от шума в парках и населенных пунктах.
Исследование поддержано программой Минобрнауки РФ “Приоритет 2030”.
По данным Всемирной организации здравоохранения, шумовое загрязнение — один из самых опасных факторов окружающей среды, воздействующих на физическое и психическое здоровье человека. Регулярное воздействие шума может привести к нарушению слуха и заболеваниям сердечно-сосудистой, нервной систем. Особенно остро эта проблема стоит в больших городах. Ученые ИТМО нашли способ, как можно снизить уровень шумового загрязнения.
Они разработали простую структуру для подавления акустических шумов в слышимом диапазоне частот. В основе разработки — связанные резонаторы Гельмгольца (элементы структуры, по форме напоминающие трубки с боковым разрезом). Сначала исследователи провели численное моделирование и рассчитали параметры для потенциальной структуры, а потом проверили расчеты и провели эксперименты. В качестве экспериментального образца исследовался уменьшенный прототип шумоизолирующей беседки для парков, состоящий из напечатанных на 3D-принтере пластиковых резонаторов Гельмгольца. Внешне эта конструкция напоминает «бублик».
«На разных частотах звук может вести себя по-разному, и мы учли это при проектировании нашего решения. Наша структура на низких частотах демонстрирует свойства акустического метаматериала, поглощающего звук, на высоких — фононного кристалла и набора Рэлеевских рассеивателей. Из-за того что задействуется сразу несколько механизмов шумоподавления, получается снизить уровень звука для большого диапазона частот. Сам эксперимент был простой: снаружи мы установили динамик, внутри структуры поместили микрофон, а затем измерили уровень сигнала сначала без нашей конструкции, а потом с ней, и рассчитали коэффициент прохождения звука. Наше решение снижает уровень шума в среднем на 20 дБ (примерно в 10 раз) в диапазоне от 2 до 16.5 кГц , что составляет порядка 70% слышимого диапазона. Однако с помощью нашей технологии можно как расширить диапазон частот, так и снижать уровень шума на частотах порядка десятков герц», — объясняет Мария Красикова, первый автор исследования, аспирантка физического факультета ИТМО.
На следующем этапе исследователи планируют сделать реальный прототип шумоизолирующей структуры и протестировать ее в безэховой камере. На основе предложенной учеными технологии в перспективе можно будет изготавливать шумоподавляющие конструкции для парков и зеленых зон, а также шумозащитные экраны для установки вдоль автомобильных и железных дорог.
«Идея в том, чтобы человек и окружающая среда были защищены от шумов машин, но не условной бетонной стеной, а некоторым ограждением, через которое можно видеть и ощущать дуновение ветра. Например, в парке можно было бы устанавливать большие беседки беседки на основе нашей конструкции, чтобы люди могли комфортно проводить время на природе», — добавляет Мария Красикова.