Μια συσκευή μήκους μόλις 15 εκατοστών μπορεί να περιορίσει σημαντικά τις ανεπιθύμητες ανακλάσεις του ήχου μέσα σε σωλήνες και αεραγωγούς, αξιοποιώντας μια ιδέα εμπνευσμένη από τις μαύρες τρύπες. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Ramon Llull (La Salle) της Ισπανίας ανέπτυξαν μια νέα εκδοχή της λεγόμενης «ηχητικής μαύρης τρύπας», η οποία μπορεί να κατασκευαστεί ανεξάρτητα και να τοποθετηθεί εύκολα σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις.
Δεν πρόκειται, φυσικά, για πραγματική μαύρη τρύπα. Η συσκευή δεν επηρεάζει τη βαρύτητα ούτε «καταπίνει» τον ήχο με τον τρόπο που μια αστροφυσική μαύρη τρύπα παγιδεύει το φως. Αντίθετα, εκμεταλλεύεται τις φυσικές ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων ώστε να περιορίζει δραστικά την ενέργεια που επιστρέφει ως ηχώ.
Πώς λειτουργεί η «ηχητική μαύρη τρύπα»
Η ιδέα βασίζεται σε μια δομή με δακτυλίους και κοιλότητες, σχεδιασμένους έτσι ώστε τα ηχητικά κύματα να επιβραδύνονται σταδιακά καθώς κινούνται μέσα στη συσκευή. Το μήκος κύματος μειώνεται και η ενέργεια συγκεντρώνεται προς το εσωτερικό της κατασκευής.
Ένα μέρος αυτής της ενέργειας διαχέεται μέσω της τριβής και της ανταλλαγής θερμότητας ανάμεσα στον αέρα και τις επιφάνειες της συσκευής. Έτσι, πολύ λιγότερος ήχος ανακλάται προς την αρχική κατεύθυνση.
Το πρόβλημα με τις συμβατικές ηχητικές μαύρες τρύπες ήταν ότι οι δακτύλιοι έπρεπε να ενσωματώνονται απευθείας στα τοιχώματα του σωλήνα, γεγονός που δυσκόλευε εξαιρετικά την εγκατάσταση σε υπάρχοντα δίκτυα. Η νέα σχεδίαση αλλάζει ριζικά αυτή την προσέγγιση.
Τυπωμένη σε 3D, με 29 δακτυλίους
Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα πρωτότυπο μήκους 15 εκατοστών, αποτελούμενο από 29 δακτυλίους τοποθετημένους πάνω σε μια κεντρική ράβδο. Η διάμετρός τους μεταβάλλεται σταδιακά, ενώ τα κενά ανάμεσά τους δημιουργούν τις κοιλότητες που επηρεάζουν τη διάδοση του ήχου.
Το πρωτότυπο κατασκευάστηκε με τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) και δοκιμάστηκε μέσα σε ειδικό σωλήνα εργαστηριακών μετρήσεων. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ηχείο για να στείλουν ηχητικά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων και μικρόφωνα για να μετρήσουν πόσος ήχος ανακλάται πίσω.
Τα πειραματικά αποτελέσματα συμφωνούσαν σε γενικές γραμμές με τις προσομοιώσεις των επιστημόνων. Η συσκευή, ωστόσο, δεν εξαφάνισε πλήρως τις ηχώ. Οι προσομοιώσεις έδειξαν επίσης ότι η νέα γεωμετρία μπορεί να λειτουργεί σε ευρύτερο φάσμα συχνοτήτων και να ανακλά λιγότερο ήχο από τις συμβατικές σχεδιάσεις.
Από τους αεραγωγούς μέχρι την ακουστική χώρων
Η τεχνολογία θα μπορούσε να έχει άμεσες πρακτικές εφαρμογές σε συστήματα εξαερισμού, κλιματισμού, βιομηχανικούς αγωγούς και σιγαστήρες, όπου οι ανεπιθύμητες ανακλάσεις δημιουργούν σοβαρά προβλήματα θορύβου.
Η δυνατότητα τοποθέτησης της συσκευής σε ήδη υπάρχοντες σωλήνες είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς δεν απαιτείται η δαπανηρή κατασκευή ενός νέου δικτύου από την αρχή. Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης αν η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να επεκταθεί σε δύο και τρεις διαστάσεις, με πιθανές εφαρμογές στην ακουστική εσωτερικών χώρων.
Πριν φτάσει πάντως σε ευρεία χρήση, χρειάζεται να αντιμετωπιστούν ορισμένες πρακτικές δυσκολίες. Η σκόνη και άλλα σωματίδια ενδέχεται να φράξουν τις κοιλότητες, ενώ η θερμοκρασία, η πίεση και η ροή του αέρα μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία της.
Με τη ματιά του Techmaniacs
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Applied Acoustics και αποτελεί ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς μια ιδέα που θυμίζει επιστημονική φαντασία μετατρέπεται σε μια απλή, αρθρωτή κατασκευή για την καθημερινότητα.
Το γεγονός ότι μια 3D printed συσκευή μόλις 15 εκατοστών μπορεί να μπει εκ των υστέρων σε οποιονδήποτε αεραγωγό και να μειώσει τον θόρυβο, δείχνει τη δύναμη της έξυπνης γεωμετρικής μηχανικής. Αν οι ερευνητές λύσουν τα θέματα συντήρησης με τη σκόνη, η τεχνολογία αυτή μπορεί να κάνει τα σπίτια, τα γραφεία και τις βιομηχανίες μας πολύ πιο αθόρυβες χωρίς πολυδάπανες ανακαινίσεις.
