Om du någonsin har bott i ett hyreshus eller bott på ett hotellrum, du är förmodligen bekant med besväret med otillräcklig ljudabsorption. Akustisk absorption hänvisar till absorption av ljudenergi av ett material. Oavsett om det är för att förbättra akustiken eller för att förhindra bullriga grannar, ljudabsorption har flera tillämpningar inom teknik och arkitektur, som kan förbättras med asymmetrisk akustik.

Många asymmetriska absorbenter, de som bara absorberar ljud som kommer in från ett håll, är för närvarande baserade på ett enportssystem, där ljud kommer in på ena sidan och absorberas innan en styv vägg. I denna design, dock, ljus och luft kan inte passera genom systemet. Men en kombinerad forskningsinsats från Nanjing University och den kinesiska vetenskapsakademin visar att asymmetrisk absorption kan realiseras inom en rak transparent vågledare. Vågledaren tillåter ljustransmission och luftflöde genom absorbatorn och beskrivs denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik .

Ying Cheng, docent i fysik vid Nanjings universitet, och hans kollegor utvecklade en metod för att inducera icke-ömsesidig absorption och reflektans för både multibands- och bredbandsljud. De upptäckte att ljud nästan helt absorberades, mer än 96 procent, vid användning av flerbandsabsorbenten på ett asymmetriskt Helmholtz resonans (HR) sätt.

"Därför, vi var nyfikna på om det finns konstgjorda strukturer med effekten att "blockera" ljudvågor som fungerar som den stela väggen, men [är] genomskinliga för ljus och vind, " sa Cheng.

Inuti ett rör med båda ändar öppna konstruerade de en asymmetrisk ljudabsorbent. "[D]et system kan nästan helt absorbera ljudenergin som träffar en port, men reflekterar till stor del ljudenergin som kommer in i den andra porten, " sa han. "I systemet, en av [de] Helmholtz-resonatorerna (placerad på grenar till huvudröret och fungerar som shuntar) fungerar som en konstgjord mjuk vägg som kan blockera ljudvågor som om de vore en styv solid vägg."

Asymmetriska absorbatorer använder en mer komplicerad metod för absorption än, säga, porösa metameterialer som absorberar från båda hållen. Ofta, olinjära effekter eller mycket komplexa strukturer krävs för att bryta ömsesidighet och tillåta reflektion från en riktning.

Här, dock, den smarta designen av de shuntade HR-paren drar fördel av naturliga förlustmekanismer för att uppnå effekten. Dessa system kan hitta ett antal tillämpningar inom arkitektonisk design, speciellt i utformningen av akustiskt isolerade rum där ljus och luftflöde fortfarande önskas.

"Forskarna kan ha funnit en nästan 100 procentig absorption av ljudet från utsidan av ett rum för akustisk isolering såväl som hög reflektion av ljudvågorna inne i rummet för att förbättra efterklangen. Och viktigast av allt, designen tillåter fritt utbyte av luft mellan utsidan och rummet, vilket de inte kunde göra i tidigare prototyper [med endast ena änden av röret öppen], " sa Cheng.

Med hjälp av den nyutvecklade modellen, "vi kan utöka asymmetrisk ljudabsorption till ett tvådimensionellt plansystem genom att använda andra typer av akustiska resonatorer för att göra den asymmetriska absorptionen mer allmänt använd, " sa Cheng.