Geluidsreducerende akoestische coating absorbeert zeven octaven geluid

Geavanceerde materialen

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 15 augustus 2025

Werkingsmechanisme van akoestische absorbers op basis van metamaterialen. [Afbeelding: Nengyin Wang et al. - 10.1093/nsr/nwaf199]

Akoestische isolatie

Stel je voor dat je een product moet verkopen dat toepasbaar is in auto's, vliegtuigen, huizen en appartementen in gebieden met veel voertuigverkeer of in industriële omgevingen. En nog belangrijker: een product dat geen enkele concurrent op de markt heeft.

Dit product, waar elke investeerder op zou wedden, is een geluidsabsorberende akoestische coating, maar om succesvol te zijn, moet het één cruciale eigenschap hebben: het vermogen om breedbandige laagfrequente geluiden efficiënt te absorberen. Andere welkome eigenschappen zijn onder meer het lichte gewicht en de dunne structuur, en, indien mogelijk, de flexibiliteit, zodat het zich gemakkelijk kan aanpassen aan omgevingen zonder dat het veel gewicht en ruimte in beslag neemt.

Het is geen toeval dat het overwinnen van de fysieke grenzen van laagfrequente geluidsabsorptie een centraal aandachtspunt is geworden in akoestisch onderzoek. Degene die het voortouw nam, waren Nengyin Wang en collega's van de Tongji Universiteit in China.

Wang creëerde een geluidsabsorberend metamateriaal dat een bereik van zeven octaven heeft en geluid dempt van 100 Hz tot 12.800 Hz. Het frequentiebereik van het menselijke gehoor loopt van 20 Hz tot 20.000 Hz.

Metamaterialen zijn ontstaan tijdens de zoektocht naar onzichtbaarheidsmantels tegen verschillende soorten straling, van zichtbaar licht tot aardbevingsgolven. Tegenwoordig worden ze in vrijwel elk onderzoeksgebied toegepast.

Het geheim schuilt in de basiselementen van dit nieuwe akoestische metamateriaal, bekend als meta-atomen of nanoantennes . Om de basiselementen van hun akoestische coating te construeren, gebruikte het team geschakelde Helmholtz-resonatoren en een ultrafijn gaas. Door de resonantie-eigenschappen van de elementen nauwkeurig af te stemmen, bereikte de absorber een gemiddelde absorptiecoëfficiënt van 0,944 over de gehele band van zeven octaven.

Prototype van de ultrabreedband akoestische absorber, die zeven octaven bestrijkt. [Afbeelding: Nengyin Wang et al. - 10.1093/nsr/nwaf199]

Toepassingen in andere golven

Om een nauwkeurige controle over de modusdichtheid, resonantiefrequenties en verlieskarakteristieken te verkrijgen, introduceerde het team een mechanisme dat zij 'kwaliteitsfactor-gewogen' (Q-gewogen) modusdichtheidsmodulatie noemen.

Deze aanpak verbeterde de bandbreedte en de absorptie-efficiëntie aanzienlijk, wat resulteerde in een absorber waarvan het werkingsbereik een breed bereik van het hoorbare spectrum bestrijkt.

Volgens het team creëren deze methodologie en productietechniek een nieuw paradigma voor het ontwerp van hoogwaardige breedband akoestische absorbers. Het compacte profiel en de uitzonderlijke prestaties maken toepassingen mogelijk in de geluidsreductie in de lucht- en ruimtevaart en de nauwkeurige regeling van zelfs de meest complexe akoestische omgevingen.

Bovendien zal de door het team ontwikkelde Q-gewogen modusdichtheidsmodulatietheorie universeel toepasbaar zijn en kan worden uitgebreid naar andere golfsystemen, zoals elektromagnetische en elastische golven, wat een nieuwe impuls zal geven aan golfmodulatietechnologieën en het gebied van metamaterialen en metasurfaces .

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen