ابداع پنجره‌های ضد صوت

تیمی از مهندسان کره جنوبی پنجره‌ای را ابداع کرده‌اند که سر و صدای بیرون را فیلتر اما هوای تازه را به درون منزل وارد می‌کند.


پروفسور سانگ-هون کیم از دانشگاه موکپو و پروفسور سئونگ-هیون لی از «موسسه ماشین‌آلات و مواد» کره جنوبی با استفاده از متاماده‌های صوتی، موفق به طراحی پنجره‌هایی شده‌اند که بسته به فرکانس صدای بیرونی، سر و صدای محیطی را تا حدود 35 دسیبل کاهش می‌دهد.

این سطح کاهش صدا حدود پنج دسیبل بیشتر از پنجره‌های دو جداره وینیل استاندارد گزارش شده است. کیم و لی دریافتند که چگونه می‌توان یک متاماده مسدودکننده صدا ساخت که گذرگاه‌های مداومی برای ورود جریان هوا با استفاده از تشدیدکننده‌های Helmholtz را داراست.
این تشدیدکننده‌ها شامل یک حجم‌ هوای محدودشده هستند که می‌توان از بیرون با یک روزنه کوچک به آن دسترسی پیدا کرد. تشدیدکننده‌های خاص مورد استفاده در پنجره‌های جدید «تشدیدکننده‌های انکسار» نام دارند.

این‌ ابزار، جعبه‌های روزنه‌داری با ابعاد 15*15*4 سانتی‌متر هستند که از آکریلیکی با ضخامت پنج میلی‌متر ساخته شده‌اند. در این سیستم از دو مجموعه شامل سه طرح تشدیدکننده استفاده شده است.یکی از این مجموعه‌ها دارای یک روزنه هوای مرکزی با قطر دو سانتی‌متر و دیگری شامل یک روزنه هوای پنج سانتی‌متری است. هر مجموعه دارای تقسیم‌کنندگان درونی مختلف هستند که فضای هوای درونی را به یک، دو یا چهار حجم با ابعاد برابر تقسیم می‌کند.این تقسیم‌کننده‌ها برای تغییر فرکانس‌های تشدیدشده عمل می‌کنند، به طوری که یک باند فرکانسی وسیع‌تر می‌تواند ساکت شود. در تمامی این حالت‌ها فیلتر هوای استوانه‌ای از طریق روزنه هوا برای جلوگیری از صدای معمول تشدیدکننده Helmholtz وارد سیستم می‌شود.هنگامی که صدا از خلال روزنه‌های هوا عبور می‌کند، امواج صوتی به شدت به حجم کلی تشدیدکننده انکسار شکسته می‌شوند به طوری که معدود صدایی به طور مستقیم از خلال روزنه‌های هوا عبور می‌کند.همچنین تشدیدکننده‌های انکسار موجب می‌شوند که هوا قابلیت فشردگی منفی را در یک باند فرکانسی نسبتا وسیع داشته باشد. امواج صوتی نرمال موجود در هوا از مجموعه‌ای از نواحی منبسط و فشرده‌شده تشکیل شده‌اند.انرژی هوای فشرده، هوا را منبسط می‌کند و بالعکس؛ با این حال، هنگامی که فشردگی منفی است، هوای فشرده کمتر از هوای موجود در فشار پایین‌تر متراکم است. بنابراین، این هوای فشرده منبسط نمی‌شود. این مکانیسمی است که معمولا امکان عبور امواج صوتی از خلال مواد را می‌دهد.به جای آن، امواج صوتی هنگامی که از خلال ماده‌ای با فشردگی منفی عبور می‌کنند، به شدت نازک می‌شوند. ترکیب این دو اثر باند فرکانسی را که در درون آن صوت عبورکننده از خلال پنجره به شدت نازک می‌شود، تعریف می‌کند.

نمونه اولیه پنجره‌های جدید با ترکیب تشدید‌کننده‌های انکساری در ضخامت سه لایه، چهار تشدیدکننده وسیع و سه تشدیدکننده بلند و با ضخامت 61*46*13 سانتی‌متر ساخته شده‌اند.

یکی از این پنجره‌ها از تشدیدکننده‌های با روزنه هوای 0.8-in و دیگری با روزنه‌های هوای 2-in ساخته شده‌اند. این لایه‌ها دارای یک، دو یا چهار اتاقک تشدید برای هر روزنه هوا در تلاش برای به دست آمدن میرایی صوت در طیف وسیعی از فرکانس‌ها هستند.

آزمایش‌ها نشان می‌دهد که پنجره با روزنه‌های هوای 0.8-in، انتقال صوت را تا 30 دسیبل در فرکانس‌های از 200 تا تقریبا پنج هزار هرتز با میرایی 20 دسیبل حتی در فرکانس‌های بسیار پایین کاهش داد.

پنجره با روزنه‌های هوای 2-in به عنوان یک سازش بین صوت و عبور هوا در نظر گرفته شده بود. این پنجره میرایی مشابه پنجره 0.8-in را برای فرکانس‌های بین 700 و دو هزار هرتز و میرایی 15 دسیبل برای فرکانس‌های از 600 و پنج هزار هرتز تولید کرد.