(Phys.org) —Forskare har visat att en naturlig spindelvävs geometri kan användas för att designa nya strukturer som tar upp en av de största utmaningarna inom ljudkontroll:att minska lågfrekvent brus, vilket är det näst mest utbredda miljöproblemet i Europa efter luftföroreningar.

Forskarna, Anastasiia Krushynska och Federico Bosia vid universitetet i Torino; Marco Miniaci från universitetet i Le Havre; och Nicola Pugno vid University of Trento, Queen Mary University of London, och italiensk rymdorganisation, föreslå en ny metod för detta problem i ett nyligen utgåva av New Journal of Physics .

"Detta arbete ger ett nytt lovande tillvägagångssätt för att uppnå lågfrekvent brusdämpning, "Berättade Pugno Phys.org . "Strategin bygger på utformningen av akustiska metamaterial, som kombinerar fördelarna med en spindelnätliknande geometri och labyrintiska kanals rymdsamling. Denna struktur ger också ett enkelt och tillförlitligt sätt att införa justerbarhet i ljudmanipulation, vilket är mycket önskvärt för praktiska tillämpningar. "

Eftersom lågfrekventa ljud kännetecknas av långa våglängder, för att skydda dessa akustiska vågor krävs vanligtvis mycket tjocka, tunga strukturer som är dyra och opraktiska för de flesta applikationer.

Ett alternativt tillvägagångssätt är att använda nyutvecklade metamaterial. Medan traditionella akustiska barriärer förlitar sig på materialets sammansättning och tjocklek för att manipulera ljud, metamaterial gör detta med sin invecklade struktur med subvåglängdsskala. Som ett resultat, metamaterial kan vara mycket tunna, men kan fortfarande effektivt reducera och manipulera lågfrekventa ljud.

I den nya studien, forskarna baserade sin design på ett nytt koncept som kallas labyrintiska metamaterial eller "rymdspolar, "Föreslogs först för några år sedan. Labyrintiska metamaterial består av lager av vikta sicksackkanaler roterade i förhållande till varandra, ger dem ett labyrintliknande utseende.

Ett sådant labyrintiskt metamaterial är konfigurerat i form av en spindelnät. Författarna till den aktuella studien visade nyligen att denna geometri är särskilt effektiv för att dämpa (eller minska intensiteten av) elastiska vågor. Nu i deras nya studie, forskarna modifierade den tidigare föreslagna labyrintiska metamaterialdesignen genom att lägga till en fyrkantig ram, så att den resulterande strukturen liknar en konventionell spindelnät, och visade att denna enkla modifiering skapar lufthålor som möjliggör variation i bredden på varje kanal i banan. Genom att styra kanalbredderna, forskarna visade att det är möjligt att justera metamaterialets akustiska egenskaper, inklusive det sätt på vilket den sprider och reflekterar ljudvågor.

Forskarna förväntar sig att spindelnätstrukturerat metamaterial, som är konstruerad för att vara gjord av aluminium, kan enkelt tillverkas, vilket gör det potentiellt användbart för en mängd olika applikationer som involverar lågfrekvent ljudmanipulation.

"Även om liknande geometrier har lovat att dämpa lågfrekventa vibrationer, de utvecklade metamaterialen kan inte appliceras direkt på seismisk skärmning, eftersom de manipulerar akustiska (luftburna) och inte elastiska vågor, "Pugno förklarade." Deras tillämpningar inkluderar kontroll av lågfrekvent ljud och brusisolering som fortfarande är utmanande med traditionella tillvägagångssätt, samt transformationsakustik och ljudfokusering, som i konserthus. "

© 2017 Phys.org