Ионизация гасит звук

Большинство современных излучателей звука оборудовано колеблющимися мембранами. Если мембранами активно управлять, то они смогут не только излучать, но и поглощать звук. Проблема в том, что упругие и инертные свойства мембраны, которая тяжелее воздуха, сильно ограничивают диапазон частот ее применения, особенно высоких.

Лучший способ снизить влияние характеристик мембраны на возбуждаемый в воздухе звук — это сделать ее из воздуха. Поэтому другой, давно известный способ генерировать звук заключается в ионизации воздуха. С помощью параллельных проводников с током можно создавать переменное электрическое поле, которое будет частично ионизировать воздух. Его ионы будут двигаться вдоль магнитных силовых линий и своим давлением на нейтральные молекулы вызывать звуковые колебания в окружающем пространстве. Такой ионный динамик, как и любой другой, может не только генерировать звук, но и поглощать его. Для этого надо управлять им так, чтобы преобразовать энергию звуковых колебаний его плазмы в электромагнитную.

Недавно ученые под руководством Станислава Сергеева (Stanislav Sergeev), постдока акустической лаборатории Федерального технологического института в Лозанне, экспериментально показали, как тонкий слой плазмы ионизированного воздуха может эффективно абсорбировать звук. Физики построили плазменный передатчик-поглотитель. Сначала они ионизируют тонкий слой воздуха между электродами и создают слой плазмы, параметры которого легко менять с помощью электрических полей. Как и ожидалось, скорость управления ими, а значит, и звуковыми полями, значительно выше, чем скорость управления механической мембраной.

Эксперимент показал, что такое устройство может работать отличным поглотителем звука с практически нулевым отражением. Уже слой прозрачной плазмы в 1,7 см способен поглотить весь внешний шум, в то время как толщина звукопоглощающей стены в таком случае должна быть не менее 4 м. В опытах удалось достичь и перестраиваемого отражения звука на частотах от нескольких Гц до кГц. Плазменный поглотитель компактен, его толщина в тысячи раз меньшие длины звуковой волны. Известно, что пористые материалы и резонансные структуры неэффективны на частотах ниже килогерца, когда длины волн становятся сравнимы с их размерами. Плазму же можно гибко перенастраивать для работы и на этих частотах. Более того, в отличие от пассивных подавителей с ограниченными частотами поглощения, она может устранять широкополосный шум.

Сейчас лаборатория сотрудничает с компанией Sonexos SA, которая производит оборудование широкого применения для шумоподавления. Большой частотный диапазон и компактность пригодятся для самых различных целей. К примеру, представьте себе зал с множеством людей, разделенный прозрачными перегородками, в котором человек не услышит никого, кроме соседей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.