(Phys.org)—Onderzoekers hebben aangetoond dat de geometrie van een natuurlijk spinnenweb kan worden gebruikt om nieuwe structuren te ontwerpen die een van de grootste uitdagingen op het gebied van geluidsbeheersing aangaan:het verminderen van laagfrequente ruis, dat is het op één na meest voorkomende milieuprobleem in Europa, na luchtvervuiling.

De onderzoekers, Anastasiia Krushynska en Federico Bosia aan de Universiteit van Turijn; Marco Miniaci van de Universiteit van Le Havre; en Nicola Pugno aan de Universiteit van Trento, Queen Mary Universiteit van Londen, en het Italiaanse ruimteagentschap, een nieuwe benadering van dit probleem voorstellen in een recent nummer van de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .

"Dit werk biedt een nieuwe veelbelovende benadering om laagfrequente ruisonderdrukking te verkrijgen, "Pugno vertelde" Phys.org . "De strategie is gebaseerd op het ontwerp van akoestische metamaterialen, die de voordelen van een spinnenwebachtige geometrie combineren met de ruimteoprollende benadering van labyrintische kanalen. Deze structuur biedt ook een eenvoudige en betrouwbare manier om afstembaarheid in geluidsmanipulatie te introduceren, wat zeer wenselijk is voor praktische toepassingen."

Omdat laagfrequente geluiden worden gekenmerkt door lange golflengten, het afschermen van deze akoestische golven vereist doorgaans zeer dikke, zware constructies die voor de meeste toepassingen duur en onpraktisch zijn.

Een alternatieve benadering is het gebruik van recent ontwikkelde metamaterialen. Terwijl traditionele akoestische barrières afhankelijk zijn van de samenstelling en dikte van het materiaal om geluid te manipuleren, metamaterialen doen dit met hun ingewikkelde subgolflengteschaalstructuur. Als resultaat, metamaterialen kunnen erg dun zijn, maar kan nog steeds effectief laagfrequente geluiden verminderen en manipuleren.

In de nieuwe studie de onderzoekers baseerden hun ontwerp op een nieuw concept genaamd labyrintische metamaterialen of "ruimtespoelen, " voor het eerst voorgesteld een paar jaar geleden. Labyrintische metamaterialen bestaan ​​​​uit lagen gevouwen zigzagkanalen die ten opzichte van elkaar zijn geroteerd, waardoor ze een doolhofachtig uiterlijk krijgen.

Eén zo'n labyrintisch metamateriaal is geconfigureerd in de vorm van een spinnenweb. De auteurs van de huidige studie hebben onlangs aangetoond dat deze geometrie bijzonder efficiënt is in het verzwakken (of verminderen van de intensiteit van) elastische golven. Nu in hun nieuwe studie, de onderzoekers hebben het eerder voorgestelde labyrintische metamateriaalontwerp aangepast door een vierkant frame toe te voegen, zodat de resulterende structuur lijkt op een conventioneel spinnenweb, en toonde aan dat deze eenvoudige wijziging luchtholten creëert die variatie in de breedte van elk kanaal in het web mogelijk maken. Door de kanaalbreedtes te regelen, de onderzoekers toonden aan dat het mogelijk is om de akoestische eigenschappen van het metamateriaal af te stemmen, inclusief de manier waarop het geluidsgolven verspreidt en weerkaatst.

De onderzoekers verwachten dat het spinnenweb-gestructureerde metamateriaal, die is ontworpen om te worden gemaakt van aluminium, gemakkelijk kan worden vervaardigd, waardoor het potentieel nuttig is voor een breed scala aan toepassingen waarbij laagfrequente geluidsmanipulatie betrokken is.

"Hoewel vergelijkbare geometrieën veelbelovend zijn gebleken voor de demping van laagfrequente trillingen, de ontwikkelde metamaterialen kunnen niet direct worden toegepast op seismische afscherming, omdat ze akoestische (in de lucht) en niet elastische golven manipuleren, " legde Pugno uit. "Hun toepassingen omvatten de controle van laagfrequent geluid en geluidsisolatie die een uitdaging blijven met traditionele benaderingen, evenals transformatie-akoestiek en geluidsfocussering, zoals in concertzalen."

© 2017 Fys.org