ANI |
Zaktualizowano: 04 czerwca 2023 22:09 IST

Lozanna [Switzerland], 4 czerwca (ANI): Czy wiesz, że jonizując powietrze za pomocą przewodów, można zbudować głośnik? Mówiąc najprościej, wytworzenie pola elektrycznego wystarczająco silnego, aby zjonizować cząsteczki powietrza w sieci równoległych przewodów lub w przetworniku plazmowym, może spowodować wytworzenie dźwięku. Naładowane jony są następnie napędzane wzdłuż linii pola magnetycznego, wypychając pozostałe niezjonizowane powietrze w sposób generujący dźwięk.
Głośnik może zarówno wytwarzać, jak i pochłaniać dźwięk.
Naukowcy opracowali nowatorski pomysł, który określają jako aktywną „metawarstwę plazmakustyczną”, którą można dostroić w celu zmniejszenia hałasu.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.
Chociaż pomysł głośnika plazmowego nie jest nowy, naukowcy z EPFL zbudowali demonstrację przetwornika plazmowego w celu zbadania redukcji szumów.
Naukowcy byli zaintrygowani pomysłem wykorzystania plazmy do redukcji szumów, ponieważ pozbywa się ona jednego z najważniejszych aspektów konwencjonalnych głośników: membrany. Głośniki wyposażone w membrany, takie jak te w samochodzie lub w domu, to jedne z najlepiej przebadanych rozwiązań w zakresie aktywnej redukcji hałasu. Jest aktywna, ponieważ membrana może być kontrolowana w celu wyeliminowania różnych dźwięków, w przeciwieństwie do ściany, która wykonuje to zadanie pasywnie.

Problem z wykorzystaniem konwencjonalnego głośnika jako pochłaniacza dźwięku polega na tym, że jego membrana ogranicza zakres częstotliwości działania. W przypadku pochłaniania dźwięku membrana zachowuje się mechanicznie, wibrując w celu wyeliminowania fal dźwiękowych w powietrzu. Fakt, że membrana jest stosunkowo ciężka, czyli bezwładność membrany, ogranicza jej zdolność do skutecznego oddziaływania z szybko zmieniającymi się dźwiękami lub przy wysokich częstotliwościach.
„Chcieliśmy maksymalnie zredukować wpływ membrany, ponieważ jest ona ciężka. Ale co może być tak lekkiego jak powietrze? Samo powietrze” — wyjaśnił Stanislav Sergeev, doktor habilitowany w EPFL’s Acoustic Group i pierwszy autor. „Najpierw jonizujemy cienką warstwę powietrza między elektrodami, którą nazywamy metawarstwą plazmowo-akustyczną. Te same cząsteczki powietrza, teraz naładowane elektrycznie, mogą natychmiast reagować na polecenia zewnętrznego pola elektrycznego i skutecznie oddziaływać z wibracjami dźwiękowymi w powietrzu wokół urządzenie, aby je anulować”.
Siergiejew dodał: „Zgodnie z oczekiwaniami komunikacja między elektrycznym systemem sterowania plazmą a środowiskiem akustycznym jest znacznie szybsza niż w przypadku membrany”.
Plazma jest nie tylko wydajna przy wysokich częstotliwościach, ale jest również wszechstronna, ponieważ można ją dostroić do pracy również przy niskich częstotliwościach. Rzeczywiście, naukowcy pokazują, że dynamika cienkich warstw plazmy powietrznej może być kontrolowana w celu interakcji z dźwiękiem na odległościach o dużej długości fali, aby aktywnie reagować na hałas i eliminować go w szerokim paśmie. Fakt, że ich urządzenie jest aktywne, jest kluczowy, ponieważ technologie pasywnej redukcji hałasu są ograniczone w paśmie częstotliwości, które można kontrolować.
Absorber plazmy jest również bardziej kompaktowy niż większość konwencjonalnych rozwiązań. Wykorzystując unikalną fizykę „metalawarstw plazmakustycznych”, naukowcy eksperymentalnie demonstrują doskonałe pochłanianie dźwięku: „100% natężenia przychodzącego dźwięku jest pochłaniane przez metawarstwę i nic nie jest odbijane z powrotem” – mówi Herve Lissek, starszy naukowiec EPFL Acoustic Group. Wykazują również regulowane odbicie akustyczne w zakresie od kilku Hz do kHz, z przezroczystymi warstwami plazmy o grubości zaledwie jednej tysięcznej danej długości fali, znacznie mniejszej niż konwencjonalne rozwiązania redukcji szumów.
Aby dać wyobrażenie o tym, o ile bardziej zwarty jest absorber plazmy, rozważmy niską słyszalną częstotliwość dźwięku 20 Hz, gdzie długość fali dźwiękowej wynosi 17 metrów. Warstwa plazmy musiałaby mieć grubość zaledwie 17 mm, aby pochłonąć hałas, podczas gdy większość konwencjonalnych rozwiązań tłumiących hałas, takich jak ściany pochłaniające, musiałaby mieć grubość co najmniej 4 m, co często ogranicza ich wykonalność.
„Najbardziej fantastycznym aspektem tej koncepcji jest to, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych pochłaniaczy dźwięku opartych na porowatych materiałach sypkich lub strukturach rezonansowych, nasza koncepcja jest w pewnym sensie eteryczna. Odkryliśmy zupełnie nowy mechanizm pochłaniania dźwięku, który może być tak cienki i lekki jak możliwe, otwierając nowe granice w zakresie kontroli hałasu, gdzie liczy się przestrzeń i waga, zwłaszcza przy niskich częstotliwościach” – powiedział Herve Lissek. (ANI)