Maszyny i urządzenia mogą działać ciszej

fot. S.J. de Waard/CC/WikimediaCommons

Redukcja hałasu dzięki zastosowaniu specjalnej bariery wibroakustycznej

Bariera wibroakustyczna potrafi blokować hałas – nieprzyjemne dla człowieka częstotliwości drgań i dźwięku. Nad takim ochronnym panelem zbudowanym z metamateriałów pracuje zespół badaczy z Katedry Konstrukcji i Badań Maszyn na Wydziale Mechanicznym Politechniki Wrocławskiej.

Bariery są projektowane z zastosowaniem metamateriałów akustycznych. Właściwości ich wynikają nie ze struktury molekularnej, ale z ich kształtu i budowy w nieco większej skali. Akustyczne metamateriały to celowo wytworzone kompozyty znane także, jako „soniczne kryształy”. Poprzez swoją specyficzną budowę opartą na regularnie rozmieszczonych rezonatorach, umożliwiają zaadaptowanie ich w lekkie struktury nośne. Pomagają one kontrolować fale mechaniczne – dźwięk, nawet w zakresie ultra czy infradźwięków.

Działanie blokady akustycznej polega na odchyleniu fal dźwiękowych od chronionego obiektu. Dzięki temu zjawisku dźwięk może nas omijać i być skierowany w inną stronę, podobnie jak woda w uregulowanej rzece. Budowa wielu metamateriałów może opierać się o struktury nanorurek, nanodrutów lub innych nano-struktur, np. węglowych.

W wielu ośrodkach naukowych na świecie uczeni prowadzą badania podstawowe dotyczące samych metamateriałów. Na Politechnice Wrocławskiej odbywają się analizy drgań maszyn, rozwijana jest akustyka i wibroakustyka. W ramach tych badań, opracowano wynalazek w postaci bariery wibroakustycznej. Współautorami zgłoszenia patentowego wynalazku są prof. dr hab. inż. Eugeniusz Rusiński, dr hab. inż. Przemysław Moczko oraz dr inż. Damian Pietrusiak.

 – Opracowujemy bariery w formie paneli, które będą mogły przyjmować złożone kształty. Dzięki temu będzie można tworzyć z nich obudowy urządzeń generujących hałas. Zastępują one ekrany, którymi taką maszynę się obstawia, aby ją wyciszyć. Ich zaletą jest fakt, że bardzo dobrze potrafią tłumić drgania i hałas w zakresie wybranych częstotliwości, są lekkie, a również potrafią przenosić obciążenia. Możemy taką obudowę przykręcić, postawić, a urządzenie pozostanie wciąż stabilne i wytrzymałe – zapewnia dr Damian Pietrusiak.

Rozwiązanie jest dedykowane wielu branżom. Z takich paneli mogłyby być zbudowane elementy samochodów. Jeżeli panele będą lekkie, samochód będzie ekologiczny. Badacze będą też montować je w prototypach wentylatorów, starają się o finansowanie tego pomysłu z programu Tech-Team FNP. Wymaganiem jest pozyskanie partnera z przemysłu, rozmowy na ten temat trwają.

Ochrona ludzi przed hałasem związanym z pracą maszyn wymaga dokładnej znajomości reakcji człowieka na poszczególne częstotliwości drgań oraz charakter sygnału. Wiedzę na ten temat gromadzi innowacyjna dziedzina badań - psychoakustyka.

 – Obecnie ocenę hałasu prowadzi się poprzez pomiar ciśnienia akustycznego. Wyniki porównujemy z normą, ale nie bierzemy pod uwagę tego, że reakcje na hałas są subiektywne. Dwa pracujące odkurzacze, oba generujące hałas na takim samym poziomie decybeli, mogą zostać różnie ocenione w badaniach prowadzonych z udziałem ludzi. Może się okazać, że hałas jednego z nich będzie dla ucha ludzkiego bardziej nieprzyjemny niż drugi. Odnalezienie różnic wymaga analiz sygnału na poziomie częstotliwości i relacji między nimi. To da nam wskazówki, w jaki sposób i jakie pasma należy tłumić – tłumaczy dr Pietrusiak.

Dalsze rozwijanie badań nad barierami akustycznym i wyciszaniem pracy maszyn, wymaga utworzenia multidyscyplinarnego zespołu, z udziałem kogoś, kto przybliży mechanikom, elektronikom i akustykom zagadnienia oddziaływania dźwięku i drgań na organizm ludzki, też od strony psychologii. Można zaangażować do badań użytkowników, którzy przedstawią swoje subiektywne odczucia, do oceny takich badań będzie potrzebny specjalista spoza grona inżynierskiego.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl