Jak się okazuje, można stworzyć głośnik korzystając z przewodów elektrycznych używanych do jonizacji powietrza. W dużym skrócie, możliwe jest generowanie dźwięku poprzez wytworzenie na tyle silnego pola elektrycznego w siatce równoległych przewodów, aby zjonizować cząsteczki powietrza. Powstałe w ten sposób naładowane cząsteczki przechodzą przez pole magnetyczne i ich ruch jest tak zmieniany, że są w stanie „popychać” resztę niezjonizowanego powietrza tak, aby wygenerować fale akustyczne.
Koncepcja głośnika plazmowego nie jest nowa, dlatego naukowcy z EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) postanowili zbudować wersję demonstracyjną „odwrotnego” transduktora plazmowego, mając na celu badanie redukcji hałasu – w myśl, że jeżeli głośnik może generować dźwięk, może go także pochłaniać. Opracowane rozwiązanie nazywali „aktywną metawarstwą plazmoakustyczną”. Od strony konstrukcyjnej jest to o tyle ciekawe, ponieważ rozwiązanie eliminuje jedną z najważniejszych cech konwencjonalnych głośników – membranę. Jak wyjaśnia Stanislav Sergeev, post-doc w Grupie Akustycznej EPFL:
„Chcieliśmy zredukować wpływ membrany na tyle, na ile to możliwe, ponieważ jest ciężka. Ale co może być lekkie jak powietrze? Samo powietrze. Na początku jonizujemy cienką warstwę powietrza pomiędzy elektrodami, którą nazywamy metawarstwą plazmoakustyczną. Te same cząsteczki powietrza, teraz w formie jonów, mogą natychmiast reagować na zmiany zewnętrznego pola elektrycznego i skutecznie oddziaływać z wibracjami w powietrzu wokół urządzenia, aby je zniwelować.
Tak jak się spodziewaliśmy, komunikacja między elektrycznym systemem sterowania plazmą a środowiskiem akustycznym jest znacznie szybsza niż z membraną”
Rozwiązanie oparte na plazmie jest nie tylko wydajne dla tłumienia wysokich częstotliwości, ale jest całkiem wszechstronne, ponieważ istnieje możliwość dostrojenia pracy także do niskich częstotliwości. Naukowcy pokazali, że dynamikę cienkich warstw powietrznej plazmy można kontrolować, aby oddziaływanie z dźwiękiem odbywało się na odległościach znacznie mniejszych od długości fali. W ten sposób możemy bardzo szybko reagować na powstały hałas i redukować go w szerszym paśmie. Warto zauważyć, że wspomniane rozwiązanie jest systemem aktywnym, w przeciwieństwie do technologii pasywnych redukcji hałasu, które są ograniczone w zakresie częstotliwości. Pochłaniacz plazmowy jest także bardziej kompaktowy niż większość konwencjonalnych rozwiązań. Wykorzystując unikalne zjawiska fizyczne metawarstw plazmoakustycznych, naukowcy eksperymentalnie wykazali pochłanianie dźwięku bliskie 100%. Dobrym przykładem efektywności pochłaniacza plazmowego są jego możliwości w przypadku tłumienia dźwięku o częstotliwości 20 Hz, czyli fali akustycznej o długości 17 m. W takim przypadku warstwa plazmy musi mieć jedynie 17 mm grubości, aby zacząć pochłaniać hałas. Dla porównania większość konwencjonalnych rozwiązań redukcji hałasu, takich jak ściany pochłaniające, musiałoby mieć co najmniej 4 metry grubości.
„Najbardziej fantastyczne w tej koncepcji jest to, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych pochłaniaczy dźwięku, które polegają na porowatych materiałach lub strukturach rezonansowych, nasze rozwiązanie jest w pewien sposób eteryczne. Odkryliśmy zupełnie nowy mechanizm pochłaniania dźwięku, który można zrobić tak cienkim i lekkim, jak to tylko możliwe, otwierając nowe granice w zakresie kontroli hałasu, gdzie wymiary i ciężar mają znaczenie, szczególnie przy tłumieniu niskich częstotliwości”
— Hervé Lissek, Grupa Akustyczna EPFL
Wyniki prac naukowców z EPFL zostały zaprezentowane w Nature Communications w publikacji „ Ultrabroadband sound control with deep-subwavelength plasmacoustic metalayers”
Przetłumaczono i streszczono na podstawie:
https://phys.org/news/2023-05-noise-ionizing-air.html