A plazma alapú zajszűrés elnémíthatja a szobákat, az autókat és a repülőket

A Svájci Szövetségi Műszaki Intézet (EPFL) kutatói egy 100%-ban hatékony, ultravékony aktív zajszűrő rendszert fejlesztettek ki, amely hangs...

A Svájci Szövetségi Műszaki Intézet (EPFL) kutatói egy 100%-ban hatékony, ultravékony aktív zajszűrő rendszert fejlesztettek ki, amely hangszórók helyett ionizált levegőplazma meghajtó rendszert használ. Egy 17 mm vastag réteg képes ugyanolyan hatékonyan blokkolni a 20 Hz-es zajt, mint egy 4 méter vastag fal.

Lényegében a hanghullámok, amelyeket hallunk, nyomáshullámok a minket körülvevő levegőben. A hangsugárzókúpok nagy, könnyű membránok, amelyeket arra terveztek, hogy a levegőt precíz mintázatokban rezegtessék, hogy létrehozzák a nyomáshullámokat, akár kellemes zene, akár bármi más formájában.

Az aktív zajszűrés (ANC) az az ötlet, hogy ezeket a nyomáshullámokat mikrofonnal mérjük, majd fordítva pontosan ugyanazokat a nyomáshullámokat generáljuk, és hangszórón keresztül játsszuk le. A nyomást a pozitív nyomáscsúcsokról levonják, és hozzáadják a negatív nyomású mélyedésekhez, és az új hullám többé-kevésbé súrolja a régi hullámot.

Az ANC jól működik fejhallgatóban és autóban, ahol az akusztikus környezet ésszerűen szabályozott, és a hallgatási pontok könnyen megtalálhatók. Szobai léptékben is jól működik, bár ahogy az alábbi videón is látható, ha ki akarjuk szűrni az alacsony frekvenciájú, nagy hullámhosszúságú basszushangokat, akkor ehhez egy falra van szükségünk, tele hangszórókkal.

De mi van, ha a hangsugárzók szupervékony lapok lennének a nehéz kúphalmok helyett? Az EPFL Acoustic Group csapata úgy döntött, hogy teszteli a plazma alapú ionos hangszórók zajcsökkentő képességeit, amelyek vékonyak, könnyűek, egyszerűen és olcsón megépíthetők.

Ezek a hangszórók ionos meghajtórendszerként működnek, elektromos mező segítségével ionizálják a környezeti levegőt plazmává, pozitív és negatív töltésű részecskéket hozva létre. Ezeket az ionokat ezután mágnesesen felgyorsítják, és a környező levegőhöz nyomva nyomáshullámokat hoznak létre. Az alkalmazott feszültség változtatásával azonnal módosítható, hogy mennyi levegőt nyomjon.

Az EPFL csapata 2020-ban tette közzé az alábbi videót, amely egy plazma alapú hangszórót mutat be, amely perforált fémlemezekből épült fel, amelyek mögött rövid távolságra dróthurok találhatók.

Ez rendkívül érzékeny a feszültségváltozásokra, mivel nincs viszonylag nehéz hangszórómembrán, amelyet meg kell mozgatni, mielőtt elkezdené mozgatni a levegőt.

"Amennyire csak lehetséges, csökkenteni akartuk a membrán hatását, mivel az nehéz," - magyarázza Stanislav Sergeev, az EPFL Acoustic Group posztdoktori kutatója és a Nature Communications folyóiratban megjelent új tanulmány első szerzője. (1)

"De mi lehet olyan könnyű, mint a levegő? Maga a levegő. Először ionizáljuk az elektródák közötti vékony levegőréteget, amelyet plazmakusztikus fémrétegnek nevezünk. Ugyanazok a levegő részecskék, amelyek immár elektromosan feltöltöttek, azonnal reagálnak a külső elektromos mező parancsaira, és hatékonyan kölcsönhatásba lépnek az eszköz körüli levegőben lévő hangrezgésekkel, hogy kioltsák azokat."

A kutatócsoport azt találta, hogy igen, ezek a plazmakusztikus hangszórók rendkívül érzékenyek és hatékonyak a magas frekvenciák kioltásában. De azt is bebizonyították, hogy teljesen hatékonyak lehetnek az alacsony frekvenciájú hangok megszüntetésében, ami érdekes, mivel a 2020-as videóban a mélyhang visszaadás nem tartozott az ionos hangszórók erősségei közé.

Például a 20 Hz nagyjából az emberi hallás alacsony frekvenciájú határa. Ez a hang olyan alacsony, hogy hullámhossza levegőben 17 m. Ha egy 20 Hz-es hanghullámot hagyományos zajcsökkentő habbal vagy hangelnyelő falakkal szeretnénk tompítani, akkor körülbelül 4 méter vastagúra van szükségünk. A plazmakusztikus fémréteg-rendszer képes teljesen kioltani ezt a hullámot a hullámhossz mindössze egy ezrelékénél, vagyis 17 mm-nél.

"A bejövő hangintenzitás száz százalékát elnyeli a fémréteg, és semmi sem tükröződik vissza," - mondja Hervé Lissek, az EPFL Acoustic Group vezető tudósa. (2)

"A koncepció legfantasztikusabb aspektusa az, hogy a hagyományos hangelnyelőkkel ellentétben, amelyek porózus ömlesztett anyagokra vagy rezonáns szerkezetekre támaszkodnak, a mi koncepciónk valahogy éteri. A hangelnyelés egy teljesen új mechanizmusát mutattuk be, amely olyan vékonnyá és könnyűvé tehető, amennyire csak lehetséges, új határokat nyitva a zajcsökkentés terén, ahol a hely és a súly számít, különösen az alacsony frekvenciák esetében."

Az EPFL a plazmaalapú technológiát a svájci Sonexos cégnek licencelte, amely az alkalmazások széles körében kívánja kereskedelmi forgalomba hozni.

"Rendkívül izgatottak vagyunk a plazmatechnológiában rejlő hatalmas lehetőségek miatt a zaj csökkentésében és a különféle belső környezetek akusztikájának javításában, beleértve a járművek és repülőgépek kabinjait, az irodákat és az otthonokat," - mondta a Sonexos vezérigazgatója, Mark Donaldson egy sajtóközleményben.

"Miközben a fejlesztési és értékesítési erőfeszítéseket vezetjük, megtiszteltetés számunkra, hogy együttműködhetünk az EPFL kivételes mérnökcsapatával."

A koncepció rendkívül olcsó, hatékony, megbízható és kényelmes módja a zaj megszüntetésének, de nyilvánvaló, hogy a dolgok sokkal bonyolultabbá válnak a való világban, de az ilyen fejlesztések jobbá tehetik az életet. (3)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41467
(2) - https://actu.epfl.ch/news/actively-reduc
(3) - https://newatlas.com/technology/ioniz