Wytwarzając pole elektryczne w zestawie równoległych przewodów, zwanym przetwornikiem plazmowym, można zjonizować cząsteczki powietrza. Naładowane jony są przyspieszane wzdłuż linii pola magnetycznego, wypychając resztki niezjonizowanego powietrza w sposób umożliwiający wytworzenie dźwięku. Okazuje się jednak, że taki nietypowy głośnik może nie tylko generować dźwięk, ale go pochłaniać.
Czytaj też: Hałas uliczny nie tylko potęguje stres. Alarmujące wyniki badań
Koncepcja głośnika plazmowego nie jest niczym nowym, ale uczeni z Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL) poszli krok dalej i zbudowali przetwornik plazmowy w celu zbadania redukcji hałasu. Opracowana przez nich tzw. plazmakustyczna warstwa metaliczna pozwala na eliminację hałasu. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
Aktywna redukcja hałasu bez głośników i słuchawek? To możliwe
Wykorzystanie plazmy do redukcji hałasu jest o tyle intrygujące, że pozwala na pozbycie się jednego z najważniejszych aspektów konwencjonalnych głośników: membrany.
Dobrze znane nam głośniki, jak te używane w warunkach domowych lub samochodach, są jednymi z najczęściej badanych rozwiązań w zakresie aktywnej redukcji hałasu. Zamontowana w nich membrana może być kontrolowana w celu tłumienia różnych dźwięków (jest aktywna) w przeciwieństwie do ściany (np. w studiu nagraniowym), która wykonuje swoją pracę pasywnie.
Wykorzystanie konwencjonalnego głośnika jako pochłaniacza dźwięku jest o tyle problematyczne, że jego membrana ogranicza zakres częstotliwości działania. Kiedy dochodzi po pochłaniania dźwięków, membrana zachowuje się mechanicznie, wibrując w celu zrównoważenia fal dźwiękowych w powietrzu. Bezwładność membrany ogranicza jej zdolność do skutecznej interakcji z szybko zmieniającymi się dźwiękami lub takimi przy wysokich częstotliwościach.
Dr Stanislav Sergeev z EPFL mówi:
Chcieliśmy jak najbardziej zredukować wpływ membrany, ponieważ jest ona ciężka. Ale co może być tak lekkie jak powietrze? Samo powietrze. Najpierw jonizujemy cienką warstwę powietrza pomiędzy elektrodami, którą nazywamy plazmakustyczną warstwą metaliczną. Te same cząsteczki powietrza, teraz naładowane elektrycznie, mogą natychmiast reagować na polecenia zewnętrznego pola elektrycznego i skutecznie oddziaływać z wibracjami dźwięku w powietrzu wokół urządzenia, aby je wyeliminować. Zgodnie z oczekiwaniami, komunikacja między elektrycznym systemem kontroli plazmy a środowiskiem akustycznym jest znacznie szybsza niż w przypadku membrany.
Warto dodać, że plazma jest wyjątkowo wszechstronna, gdyż można ją dostroić do pracy przy różnych częstotliwościach. Dynamika cienkich warstw plazmy może być kontrolowana w celu interakcji z dźwiękiem na dużych odległościach, aby aktywnie reagować na hałas.
Czytaj też: Hałas Ziemi czy sygnał z kosmosu? Nowy algorytm pomoże je odróżnić
Wbrew pozorom, stworzony absorber plazmowy jest bardziej kompaktowy niż większość konwencjonalnych rozwiązań. Testy wykazały, że 100 proc. przychodzącego dźwięku jest pochłaniane przez warstwę metaliczną i nic nie jest odbijane z powrotem. Dla przykładu, w przypadku niskiej, słyszalnej częstotliwości dźwięku 20 Hz, gdzie długość fali dźwiękowej wynosi 17 m, wystarczy zaledwie warstwa plazmy o 17 mm grubości, aby pochłonąć hałas. W przypadku bardziej tradycyjnych rozwiązań, warstwa pochłaniająca musiałaby mieć co najmniej 4 m grubości, co często jest niewykonalne.
Inżynierowie EPFL nawiązali już współpracę z Sonexos SA, szwajcarską firmą zajmującą się technologią audio, w celu opracowania najnowocześniejszych aktywnych pochłaniaczy dźwięku, które wykorzystują koncepcję plazmakustycznej warstwy metalicznej.