Исследователи из Испании разработали устройство, которое заставляет звуковые волны проникать внутрь конструкции и терять там энергию, почти не отражаясь обратно. В отличие от настоящей черной дыры, оно не связано с гравитацией: это компактный акустический поглотитель, который может найти применение в вентиляционных системах, глушителях и звукоизоляции. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Acoustics.

Главная особенность разработки — конструкция, которую можно изготовить на 3D-принтере и установить в уже существующую трубу. Это упрощает создание шумопоглощающих устройств без необходимости менять сами воздуховоды.

Как работает звуковая «черная дыра»

В настоящей черной дыре гравитация не позволяет свету выбраться наружу после пересечения горизонта событий. Акустический аналог устроен иначе, но использует похожую идею: звуковая волна входит в специальную структуру и постепенно теряет возможность эффективно распространяться обратно.

По мере движения внутри устройства скорость звука и длина волны меняются, а энергия концентрируется ближе к дальнему концу конструкции. Там она рассеивается благодаря трению и теплообмену, поэтому наружу возвращается гораздо меньше звука.

«В идеальном случае, войдя в звуковую черную дыру, волна уже не выходит наружу», — объяснил один из авторов работы Ориол Гуаш.

На практике добиться абсолютного поглощения не удалось, однако испытания показали, что устройство отражает звук слабее обычной конструкции в широком диапазоне частот. По оценке исследователей, новая схема также позволяет расширить диапазон эффективного поглощения по сравнению с традиционными акустическими аналогами черных дыр.

Почему кольца перенесли внутрь трубы

В обычных конструкциях кольца, формирующие акустическую структуру, закрепляют непосредственно на внутренних стенках трубы. Исследователи предложили другое решение: разместить кольца на центральном стержне.

Прототип длиной 15 сантиметров состоял из стержня с 29 кольцами. Его изготовили отдельно, а затем установили в испытательную трубу. Эксперимент проводили с помощью динамика и микрофонов, измерявших распространение и отражение звуковых волн.

Измерения в целом совпали с расчетами. Устройство не устраняло эхо полностью, но уменьшало отражение звука. При этом модульная конструкция дает практическое преимущество: поглотитель можно изготовить отдельно и вставить в существующий воздуховод, не переделывая его стенки.

Где пригодится технология

Одно из основных возможных применений — снижение шума в вентиляционных каналах и глушителях. Такие устройства должны поглощать звук, не создавая при этом слишком больших препятствий для воздушного потока и не занимая много места.

Исследователи также изучают возможность создания двумерных и трехмерных вариантов для управления акустикой помещений. В перспективе подобные конструкции могут стать основой компактных шумопоглотителей для инженерного оборудования и зданий.

Но до практического применения предстоит решить несколько задач. Полости внутри устройства могут засоряться частицами, а температура, давление и движение воздуха в реальных системах способны влиять на его работу. Пока разработка остается лабораторным прототипом.

Тем не менее идея размещать акустическую структуру на отдельном стержне может упростить производство и установку поглотителей. Если дальнейшие испытания подтвердят эффективность конструкции в реальных условиях, она позволит уменьшать шум в трубах и воздуховодах без масштабной перестройки существующих систем.