SG.hu·
A hang is egyenirányítható
Ha a hangszigetelésről beszélünk, legtöbben a hanghullámokat elnyelő anyagok alkalmazására gondolnak, a Caltech kutatói azonban más irányból közelítették meg a kérdést. Elkészítették az első akusztikus diódát, ami csupán egy irányba engedi a hang terjedését. A Nature Materials szaklapban leírt megoldás lehetővé teszi, hogy egy csendes helységből egy zajos irányába haladjanak a hanghullámok, míg az ellenkező irányba egyszerűen blokkolja a hangátvitelt.
Az akusztikus dióda szinte ugyanúgy működik, mint hagyományos elektronikus megfelelője, ami csak egy irányba engedi az elektromosság haladását, meggátolva a visszatérést. Esetünkben az elektromos áram helyét a hanghullámok veszik át. "Egy éles modulációt előidéző fizikai mechanizmust aknáztuk ki a dióda átviteli és nem átviteli állapotai között" - magyarázta" Chiara Daraio, az egyetem repüléstani és alkalmazott fizika professzora, az új tanulmány szerzője. "Kísérletek, szimulációk és analitikus előrejelzések alkalmazásával első alkalommal demonstráltuk a hang egyenirányítását a hallható frekvenciatartományban."
A dióda elasztikus gömbök egy egyszerű összeillesztésén alapul, amik a hangrezgéseket továbbító szemcsés kristályokból tevődnek össze. A kristályok tulajdonságai hangolhatók, így egészen széles frekvencia tartományban alkalmazhatók. Emellett "visszaválthatja" a hangok frekvenciáját, ami az egyenirányításon túl lehetővé teszi a hanghullámok alacsonyabb frekvencián történő átvitelét, túlmutatva a hangszigetelésen. Ez a vívmány az energiabegyűjtésben lehet hasznos, amin belül a hanghullámokat elektromossággá alakítható frekvenciára hangolhatják. "Ezekkel a hatásokkal javíthatunk az energiabegyűjtő technológiákon" - tette hozzá Daraio. "Például képesek lehetünk a hangenergia kinyerésére a gépek nem kívánt szerkezeti rezgéseiből a hanghullámokat egy jelátalakítóba irányítva, ami ezután a hanghullámokat elektromossággá alakítja."
A gömbök nemlineáris és aszimmetrikus összeillesztése a mechanizmus kulcsa
Bár más tudósok is alkottak már hasonló rendszereket, azokból hiányzott a jól elkülöníthető átmenet az átviteli és nem átviteli állapotok között, ami a Caltech csapata szerint elengedhetetlen a hanghullámok optimális vezérléséhez. A moduláció eléréséhez a csapat egy kis hibával rendelkező, periódikusan ismétlődő rendszert alkotott, ami támogatja a "be" és "ki" átviteli állapotok közötti gyors váltásokat. Daraio elmondása szerint ez azt jelenti, hogy a rendszer nagyon érzékeny a működési körülmények, mint a nyomás és a mozgás apró változásaira, ami hasznosnak bizonyulhat az ultraérzékeny akusztikus szenzorok fejlesztésében.
Az új mechanizmusnak egyéb alkalmazásai is lehetnek. "Mivel a hullámterjedést irányító koncepciók számos rendszernél egységesek, úgy véljük, hogy az energiairányítás ezen újszerű módja számos fejlett termikus és akusztikus anyag, illetve eszköz tervezését teszi lehetővé" - összegzett Daraio.
Az akusztikus dióda szinte ugyanúgy működik, mint hagyományos elektronikus megfelelője, ami csak egy irányba engedi az elektromosság haladását, meggátolva a visszatérést. Esetünkben az elektromos áram helyét a hanghullámok veszik át. "Egy éles modulációt előidéző fizikai mechanizmust aknáztuk ki a dióda átviteli és nem átviteli állapotai között" - magyarázta" Chiara Daraio, az egyetem repüléstani és alkalmazott fizika professzora, az új tanulmány szerzője. "Kísérletek, szimulációk és analitikus előrejelzések alkalmazásával első alkalommal demonstráltuk a hang egyenirányítását a hallható frekvenciatartományban."
A dióda elasztikus gömbök egy egyszerű összeillesztésén alapul, amik a hangrezgéseket továbbító szemcsés kristályokból tevődnek össze. A kristályok tulajdonságai hangolhatók, így egészen széles frekvencia tartományban alkalmazhatók. Emellett "visszaválthatja" a hangok frekvenciáját, ami az egyenirányításon túl lehetővé teszi a hanghullámok alacsonyabb frekvencián történő átvitelét, túlmutatva a hangszigetelésen. Ez a vívmány az energiabegyűjtésben lehet hasznos, amin belül a hanghullámokat elektromossággá alakítható frekvenciára hangolhatják. "Ezekkel a hatásokkal javíthatunk az energiabegyűjtő technológiákon" - tette hozzá Daraio. "Például képesek lehetünk a hangenergia kinyerésére a gépek nem kívánt szerkezeti rezgéseiből a hanghullámokat egy jelátalakítóba irányítva, ami ezután a hanghullámokat elektromossággá alakítja."
A gömbök nemlineáris és aszimmetrikus összeillesztése a mechanizmus kulcsa
Bár más tudósok is alkottak már hasonló rendszereket, azokból hiányzott a jól elkülöníthető átmenet az átviteli és nem átviteli állapotok között, ami a Caltech csapata szerint elengedhetetlen a hanghullámok optimális vezérléséhez. A moduláció eléréséhez a csapat egy kis hibával rendelkező, periódikusan ismétlődő rendszert alkotott, ami támogatja a "be" és "ki" átviteli állapotok közötti gyors váltásokat. Daraio elmondása szerint ez azt jelenti, hogy a rendszer nagyon érzékeny a működési körülmények, mint a nyomás és a mozgás apró változásaira, ami hasznosnak bizonyulhat az ultraérzékeny akusztikus szenzorok fejlesztésében.
Az új mechanizmusnak egyéb alkalmazásai is lehetnek. "Mivel a hullámterjedést irányító koncepciók számos rendszernél egységesek, úgy véljük, hogy az energiairányítás ezen újszerű módja számos fejlett termikus és akusztikus anyag, illetve eszköz tervezését teszi lehetővé" - összegzett Daraio.