Учёные создали вставную «звуковую чёрную дыру» для снижения отражения шума

Учёные разработали компактное устройство, способное существенно уменьшать отражение звука в трубах. Конструкцию назвали «звуковой чёрной дырой»: её можно изготовить на 3D-принтере и установить внутрь уже существующего канала, не встраивая акустическую систему в саму трубу.

Исследование опубликовано в журнале Applied Acoustics. В основе разработки лежит особое управление распространением звуковых волн. При определённых условиях их можно постепенно замедлить и сконцентрировать энергию так, чтобы значительная часть сигнала не вернулась обратно в виде эха.

Как работает конструкция

Акустический аналог чёрной дыры не является пустотой. Это тщательно рассчитанная структура, которая меняет поведение звука внутри трубы. Устройство состоит из 29 колец, закреплённых на центральном стержне. Их диаметр постепенно изменяется по длине, а промежутки между кольцами формируют последовательность полостей.

Попадая внутрь конструкции, звуковая волна замедляется, её длина постепенно сокращается, а энергия сосредотачивается ближе к противоположному концу устройства. В этой области звук не просто отражается назад: его энергия рассеивается из-за трения и теплообмена между воздухом и поверхностями колец. В результате обратный сигнал оказывается значительно слабее.

Испытания прототипа

Исследователи напечатали прототип длиной 15 сантиметров и поместили его в импедансную трубу — лабораторную установку для изучения взаимодействия звуковых волн с материалами и конструкциями. С помощью динамика в трубу подавали сигналы разных частот, а микрофоны фиксировали долю звука, отражённого обратно.

Экспериментальные результаты в целом совпали с компьютерными моделями. При этом устройство не устраняло эхо полностью, однако заметно уменьшало количество отражённого звука. Моделирование также показало, что вставная конструкция способна отражать меньше звука, чем традиционные варианты «звуковой чёрной дыры», причём в широком диапазоне частот.

Главное практическое преимущество разработки заключается в формате готовой вставки: её можно устанавливать в уже существующие трубы и каналы. Потенциально такая технология пригодится для снижения шума в воздуховодах, вентиляционных системах и глушителях, где отражение звука может ухудшать работу оборудования и создавать дополнительные акустические помехи.