Nowe, przyjazne dla środowiska konstrukcje akustyczne pomagają redukować hałas
Środowisko akustyczne ma na ludzi równie duży wpływ, jak temperatura i światło. W miastach niepożądany hałas często przedostaje się do przestrzeni osobistych, a w głośnych pociągach, autobusach i metrach powoduje znaczny dyskomfort podróżnych. Generalnie zanieczyszczenie hałasem staje się w Europie poważnym problemem – liczba osób narażonych na hałas w środowisku, którego poziom przekracza wskaźniki określone w unijnej dyrektywie w sprawie hałasu w środowisku, przekroczyła w 2018 roku 53 miliony. Dlatego ograniczenie rozchodzenia się dźwięku między środowiskami ma kluczowe znaczenie. Obecne technologie dźwiękochłonne bazują na określonych właściwościach materiałów lub mikrostrukturach, takich jak pianka tłumiąca. Zwykle muszą być wykonane z materiałów o dużej gęstości, a ich stosowanie bywa kosztowne. Metamateriały akustyczne to materiały przeznaczone do kontrolowania i kierowania falami dźwiękowymi, a także do ich modyfikowania, wdają się obiecywać wiele w zakresie technologii kontroli dźwięku. Metamateriały są skuteczne nie tyle ze względu na zastosowanie konkretnych materiałów, co raczej w wyniku wykorzystania szczególnych kształtów elementów konstrukcyjnych. „Do metamateriałów zalicza się wszystkie te materiały, które dzięki odpowiedniemu projektowi i funkcjonalizacji topologii osiągają szczególne właściwości fizyczne i charakteryzują się parametrami lepszymi niż dostępne w przyrodzie surowce, z których je wykonano. Właściwości te nie zależą zatem od mikroskopowej i molekularnej natury materiałów składowych, ale od ostatecznej geometrii i topologii elementów”, wyjaśnia Giovanni Capellari, współzałożyciel firmy Phononic Vibes. W ramach finansowanego przez UE projektu PHOMETAPAN, prowadzonego przez firmę Phononic Vibes, opracowano nową technologię wykorzystującą metamateriały akustyczne. System pochłania i izoluje niepożądane drgania akustyczne, aby kontrolować poziom dźwięku, który przez niego przechodzi. Innowacyjne nowe panele PHOMETAPAN o szerokości zaledwie 5 cm mogą zmniejszyć hałas nawet o dwa rzędy wielkości w porównaniu z produktami konkurencji.
Bariera dla dźwięku
Technologia opiera się na wykorzystaniu metamateriałów z grupy metapaneli fononicznych. Konstrukcja paneli czerpie z fizyki struktur mechanicznych znanych jako kryształy fononiczne – sztucznych konstrukcji powstałych w wyniku powtarzania komórki elementarnej, zaprojektowanych w celu uzyskania maksymalnej izolacji akustycznej. Nowa konstrukcja może izolować od dźwięku i uniemożliwiać jego rozchodzenie się. Jest ona wykonana z tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, dzięki czemu system jest bardziej zrównoważony niż istniejące panele dźwiękochłonne. „Projekt PHOMETAPAN ma na celu uprzemysłowienie skomplikowanej topologii komórki elementarnej i ocenę potencjału komercyjnego wykorzystania systemu”, dodaje Capellari, koordynator projektu PHOMETAPAN. Zespół z powodzeniem przetestował produkty firmy w warunkach laboratoryjnych. Niektóre zostały zaprojektowane z myślą o zastosowaniach przemysłowych, jednak technologia ta może być równie dobrze stosowana w domach, co spowoduje redukcję niepożądanych dźwięków, których źródłem są pralki, zmywarki i inne hałaśliwe urządzenia. Tym samym system mógłby przynieść korzyść również firmom budowlanym i podmiotom obsługującym nieruchomości.
Europa liderem w zakresie kontroli dźwięku
Projekt PHOMETAPAN ma wprowadzić Europę do czołówki producentów technologii dźwiękowych. Narzędziem do osiągnięcia tego celu jest promocja wykorzystania metamateriałów w różnych sektorach, na rynkach i w gałęziach przemysłu. Wyznaczony w trakcie projektu trener pomógł zespołowi zwiększyć wiedzę na temat analizy rynku, rozwoju produktów i rozwoju biznesu, a dotacje unijne pozwoliły przetestować możliwości techniczne i opłacalność metapaneli. „Bez wsparcia z inicjatyw UE nowe firmy, które bazują na wynikach badań akademickich, takie jak nasza, nie mogłyby zaistnieć”, mówi Capellari.
Słowa kluczowe
PHOMETAPAN, akustyczny, hałas, dźwięk, projekt, metamateriały, fononiczny, kryształy, struktura
