Нове дослідження доводить, що якщо вас турбують низькочастотні міські звуки – подумайте про дорожній рух, шум літаків та інші шуми міста – скромний м’ячик для пінг-понгу пропонує недорогий спосіб заблокувати їх.
Відомо, що низькочастотний шум шкідливий для нашого здоров’я, але його також важко заблокувати. Він часто надходить з різних напрямків і не блокується стінами та конструкціями, так само як високочастотний шум. Для боротьби з низькочастотним шумом дослідники з Університету Лілля у Франції та Національного технічного університету Афін у Греції використовували кульки для пінг-понгу як резонатори Гельмгольца; контейнери, спеціально розроблені для поглинання звуку певних частот.
Команда експериментувала з різними масивами кульок для пінг-понгу. (Сабат та ін., Journal of Applied Physics, 2023)
Названі на честь німецького фізика, який створив оригінальний резонатор Гельмгольца, Германа фон Гельмгольца, пристрої складаються з порожньої камери, схожої на кульку для пінг-понгу, з невеликим отвором.
«М’ячики для пінг-понгу — це добре відомі повсякденні предмети, які присутні у великій кількості по всьому світу», — каже фізик Робін Сабат з Університету Лілля.
«Нашою мотивацією було використати ці легкодоступні об’єкти для створення низькочастотної ізоляційної панелі. Таким чином, м’ячики для пінг-понгу є економічною альтернативою акустичним ізоляторам як за низькою ціною, так і за можливим переробленням».
Як випливає з назви, резонатори Гельмгольца працюють через резонанс, узгоджуючи коливання звукових хвиль, щоб поглинати їх. Об’єм контейнера та розмір отвору визначають частоту звуку, яку може поглинати резонатор.
Хоча резонатори Гельмгольца інтенсивно вивчалися раніше, дослідники хотіли подивитися, як вони можуть працювати та взаємодіяти, коли їх об’єднати, щоб утворити акустичну метаповерхню; матеріали, спеціально розроблені для маніпулювання звуковими хвилями різними способами.
Було показано, що таке об’єднання або зв’язок збільшує кількість резонансних частот, поглинених акустичною метаповерхнею м’яча для пінг-понгу. Іншими словами, більше звуку можна заблокувати, використовуючи кілька резонаторів Гельмгольца разом.
«Резонатор Гельмгольца має унікальну здатність точно вловлювати звукові хвилі навколишнього середовища на своїй природній частоті, і його можна представити у вигляді порожнин, з’єднаних із середовищем через вузьку горловину», — каже Сабат.
«Оригінальність роботи полягала в тому, щоб розглянути ефект зв’язку між двома резонаторами, що призводить до появи двох резонансних частот».
Використовуючи комбінацію математичного моделювання та реальних експериментів, дослідники показали, як можна маніпулювати взаємодією кількох HR, щоб контролювати звукові частоти, які блокуються.
І хоча не було жодних масштабних польових випробувань кульок для пінг-понгу, які б блокували певні шуми, існує потенціал для використання цих всюдисущих і доступних об’єктів для захисту від шумового забруднення – і не тільки.
«Потенціал цієї метаповерхні виходить за межі звукоізоляції», — каже Сабат. «Його можна розширити для досягнення різних функцій, подібних до інших метаповерхень». «Ці функції охоплюють фокусування звуку, нетрадиційне відображення звуку, маніпулювання передачею звуку тощо».