Первая в мире 3D-печатная акустическая ширма прячет объекты от звука

Признайтесь. Вам бы хотелось иметь плащ-невидимку. Что ж... у ученых есть хорошие новости для вас. Инженерам Дьюкского университета понадобилось лишь несколько перфорированных листов пластика и невероятно огромное количество вычислений, для того, чтобы создать и продемонстрировать свою первую в мире трехмерную акустическую ширму.

При помощи 3D-печатных метаматериалов, ученые создали 3D-акустический плащ-невидимку, который взаимодействует с звуковыми волнами таким образом, что создается впечатление, что сам плащ и все что под ним - всего этого просто не существует.

Стивен Каммер, профессор электро- и вычислительной техники и его коллеги из Дьюкского университета занимаются свойствами метаматериалов. Крошечные структуры, из которых состоят метаматериалы размером меньше, чем длина волны света. Правильно построенные, они направляют лучи света вокруг объекта - подобно тому, как вода обтекает камень в ручье.

В случае же акустической ширмы, материалы, которые манипулируют поведением звуковых волн - просто пластик и воздух. Пластические панели были созданы с помощью 3D-принтера. В собранном виде конструкция выглядит как несколько пластиковых пластин с повторяющимся узором, установленных друг над другом, и формирующих своего рода пирамиду.

«Весь трюк заключается в том, чтобы скрыть объект от звуковых волн« - рассказывает Каммер. «Если укрыть объект ширмой, то звуковые волны ведут себя так, как будто в этом месте нет ничего, кроме плоской поверхности, и они ничего не встречают на своем пути».

Аспирант Богдан Попа демонстрирует 3D-акустический плащ,
который он помогал проектировать и создавать,
будучи сотрудником лаборатории Стивена Каммера.

Чтобы создать иллюзию, что ширмы не существует, траектория волны должна быть изменена таким образом, чтобы она выглядела так, будто отразилась от плоской поверхности. Поскольку звук не достигает поверхности, располагающейся под конструкцией, необходимо замедлить скорость звуковых волн, чтобы компенсировать это.

Для испытания акустической конструкции, исследователи поместили под нее небольшой шар и «пропинговали» его короткими очередями звука под различными углами. Затем они сопоставили поведение звуковых волн с помощью микрофона. Команда сделала видео о том, как волны путешествуют по воздуху и сравнили их с траекториями звуковых волн на открытой, беспрепятственной поверхности, а так же, когда на их пути встречается незамаскированный ширмой шар. И результаты подтвердили, что плащ создает иллюзию, что звуковые волны отражаются от пустой поверхности.

Кроме того, акустическая ширма работает во всех трех измерениях, независимо от направления источника звука или места нахождения наблюдателя. Все это может показаться весьма простой затеей. Но Каммер говорит - «Уверяю вас, все этого гораздо сложнее и интереснее, чем кажется на первый взгляд. Мы потратили немало сил рассчитывая, как звуковые волны будут взаимодействовать с конструкцией. Успех не пришел сразу».

Каммер видит несколько вариантов использования этой технологии: «мы испытывали конструкцию в воздушных условиях, но известно, что поведение звуковых волн идентично и под водой, а поэтому, самый очевидный способ применения - это укрытие объектов от эхолокаторов» - утверждает Каммер. «Кроме того, эту технологию можно использовать и при проектировании аудиторий или концертных залов — любых помещений, где необходимо управлять акустикой. К примеру, если вам необходимо проложить балку из архитектурных соображений, но она может негативно влиять на акустику, вы сможете легко исправить ситуацию, просто замаскировав ее».

Статья подготовлена для 3DToday.ru