В традиционной акустической «черной дыре» (вверху) кольца встроены в стенки трубы. В новой конструкции в виде вставки (внизу) кольца устанавливаются на центральный стержень, что позволяет вставлять конструкцию в уже проложенную трубу
Учёные разработали хитроумное небольшое устройство, способное резко уменьшить отражение звука, фактически «поглощая» его. Оно называется «звуковой чёрной дырой», а новую конструкцию можно напечатать на 3D‑принтере и вставить непосредственно в существующую трубу. Это серьёзный шаг вперёд по сравнению с обычными конструкциями, где «чёрную дыру» приходится встраивать в саму трубу. Исследование опубликовано в журнале Applied Acoustics.
Вместо использования звука для моделирования гравитационной физики устройство эксплуатирует необычное свойство звуковых волн: при определённых условиях их можно постепенно замедлять до такой степени, что они фактически никогда не достигают конца своего пути.
Секрет акустического исчезновения заключается в конструкции. Подобно тому как астрофизическая чёрная дыра на самом деле не является дырой, её звуковой аналог представляет собой тщательно спроектированную структуру, изменяющую распространение звука внутри трубы.
Разработка команды состоит из ряда колец, закреплённых на центральном стержне, причём их диаметр постепенно меняется по его длине. Пространства между кольцами образуют полости, изменяющие распространение звука по трубе. Когда звук входит в конструкцию со стороны её вершины, он замедляется, длина его волны постепенно уменьшается, а энергия концентрируется ближе к противоположному концу.
Здесь и происходит трюк с исчезновением. Вместо того чтобы просто отразиться назад, значительная часть сконцентрированной звуковой энергии рассеивается за счёт трения и теплообмена между воздухом и поверхностями устройства, поэтому обратно в виде эха возвращается гораздо меньше звука.
Экспериментальная установка (слева) и «звуковая черная дыра», напечатанная на 3D‑принтере (справа), на которой видны кольца, закрепленные вдоль центрального опорного стержня. Устройство было помещено в импедансную трубку для измерения степени отражения звука
Исследователи испытали напечатанный на 3D‑принтере прототип: конструкцию длиной 15 сантиметров из 29 колец на центральном стержне поместили в импедансную трубу, лабораторный прибор для измерения поведения звуковых волн при взаимодействии с материалом или конструкцией. Затем они с помощью динамика подавали в неё звук разных частот, а микрофонами измеряли долю отражённого сигнала.
Результаты оказались весьма многообещающими. Количество звука, отражавшегося обратно от звуковой чёрной дыры, в целом соответствовало компьютерным моделям команды, хотя важно отметить, что эхо устройство полностью не устраняло. Моделирование также показало, что вставная конструкция отражала меньше звука, чем традиционная звуковая чёрная дыра, в широком диапазоне частот. Наиболее очевидное применение технологии связано с борьбой с шумом, особенно в воздуховодах и глушителях, где отражение звука может создавать проблемы.
Источник: habr.com