Звукоизоляция непрерывно эволюционирует. Когда-то комнаты обивали пробковым деревом. Сегодня от шума защищают каркасные конструкции со вставкой из звукоизоляционного материала. Но ученые уверены – это не предел. В своих исследованиях некоторые из них делают ставку на метаматериалы, считая, что за ними будущее звукоизоляции.
Метаматериал – это композитный материал с уникальными свойствами (в данном случае – акустическими), которые не встречаются в природе и могут быть созданы только искусственно. Высокий коэффициент звукоотражения достигается не только за счет входящих в него компонентов, но и благодаря особой структуре. Над созданием таких конструкций работают и отечественные, и зарубежные ученые.
Волшебное кольцо
В 2019 г. инженеры из Бостонского университета представили звукоизоляцию в виде кольца, изготовленную из метаматериалов. Она отфильтровывала до 94 % шумов.
Эта звукоизоляция рассчитана в первую очередь на механизмы, которые сложно звукоизолировать. Например, как снизить шум от выхлопной трубы или винта вертолета? Можно завернуть их во множество слоев звукоизоляционного материала, но это перекроет доступ воздуха. В условиях такой герметичности работа механизмов невозможна.
Инженеры поставили перед собой задачей создание материала, который будет свободно пропускать воздух, но отсеивать шум. Им это удалось. Звукоизоляция представляет собой напечатанное на 3D-принтере кольцо из двух слоёв пластика с кардинально разными акустическими свойствами. Его структура такова, что материал отражает 94 % энергии звуковой волны обратно к источнику. Вот наглядная демонстрация того, как это работает:
Образец имеет форму кольца, на самом же деле материалу можно придать любой вид. Например, сделать звуковой «щит» для винта дрона. Благодаря ему аппарат не будет слышно с земли.
Что предлагают отечественные ученые?
В 2020 г. ученые из Нижегородского архитектурно-строительного университета (ННГАСУ) представили свой вариант звукоизоляционных метаматериалов. В основе разработок – теория самосогласованных полей, позволяющая определить предельную звукоизоляцию для ограждающих конструкций зданий. Знание этого предела позволяет ученым разрабатывать новые типы ограждений.
Новые метаматериалы позволили уменьшить толщину звукоизолирующих конструкций на 30 %, а массу – на 60 %. Благодаря им шум в многоквартирном доме можно снизить на 8–15 дБ, то есть в два-три раза по субъективным ощущениям. А на производстве или в общественном пространстве – до 10 дБ (в два раза).
Нижегородские ученые разработали несколько прототипов метаматериалов, на некоторые оформлены патенты. Один из них передан немецкой фирме «Кнауф», что показывает, насколько высоко оценили идею специалисты. Возможно, в скором времени звукоизоляция станет еще тоньше и эффективнее.