Physics of Fluids: Звуковые волны помогут обезопасить общественные пространства

Риск потери слуха возникает не только при работе громкого оборудования или других явных шумов. От него могут страдать и люди, находящиеся в общественных местах, таких как театры и концертные залы.

Поглощение избыточного шума для повышения безопасности общественных мест и использование нежелательных звуковых волн для получения электричества — такова цель работы, опубликованной на этой неделе в журнале Physics of Fluids издательства AIP.

По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, примерно 12,5% детей и подростков в возрасте 6-19 лет и 17% взрослых в возрасте 20-69 лет получили необратимые повреждения слуха в результате чрезмерного воздействия шума, — говорит автор статьи Раджендра Прасад П (Rajendra Prasad P).

Шум выше 70 децибел в течение длительного периода времени может начать повреждать наш слух. Нам нужны системы, способные смягчать действительно сильные звуки.

В своем исследовании авторы сосредоточились на закрытых помещениях, таких как театры и концертные залы, и создали систему пьезоэлектрических датчиков, которые могут быть установлены в стенах, полах и потолках для поглощения звуковых волн и сбора их энергии. По словам Прасада, уровень звуковых волн от громкоговорителей в таких закрытых помещениях обычно составляет от 60 до 100 децибел, иногда достигая 120 децибел.

Мы классифицировали звуки, присутствующие в закрытых помещениях, по интенсивности (в децибелах), которая потенциально может вызвать потерю слуха, — сказал Прасад.

Звуковая энергия, поглощаемая пьезоэлектрическими датчиками, обрабатывается нашей системой и преобразуется в электрическую энергию. В зависимости от характера генерации энергии выход системы переключается между аккумулятором и прямым выходом.

Для разработки оптимальной системы улавливания звуковых волн в закрытых помещениях авторы использовали компьютерное моделирование для точной настройки переменных, включая напряжение, необходимое для питания основного компонента устройства, частоту и интенсивность входного звука, а также пьезоэлектрические датчики, тестируемые в параллельной и последовательной конфигурациях.

Удивительно, но факт: выходная мощность конструкции максимальна в районе определенных частот, которые совпадают с частотой и интенсивностью звука, используемого в театрах или зрительных залах, — сказал Прасад.

Наша конструкция уменьшает вибрацию звука при каждом отражении от пьезоэлектрического материала и снижает общую интенсивность звука в замкнутом пространстве.

Помимо снижения риска потери слуха, авторы хотели разработать энергосберегающую систему, использующую интеллектуальную функцию управления питанием, которая регулируется в зависимости от интенсивности звука, поступающего в помещение. В ней также используются экологически чистые материалы.

Пьезоэлектрический материал, который мы использовали, представляет собой разновидность кварца, который является не чем иным, как минералом, состоящим из кремнезема, — заключает Прасад.

Он легко поддается биологическому разложению и переработке.

14.11.2023