Акустическую «чёрную дыру» для труб напечатали на 3D-принтере

Исследователи из университета La Salle (Университет Рамона Льюля, Испания) разработали акустическое устройство, которое гасит эхо в трубах, воздуховодах и глушителях. Такие конструкции называют звуковыми чёрными дырами: волна замедляется настолько, что почти не возвращается обратно. Работа 2026 года опубликована в журнале Applied Acoustics, первым автором статьи указан инженер Цзе Дэн, среди соавторов акустик Ориол Гуаш.

Как это работает

Классическая звуковая чёрная дыра устроена как набор колец и полостей, встроенных прямо в стенки трубы. Новый вариант собран иначе: кольца насажены на центральный стержень, а их диаметры постепенно меняются по длине. Пространства между кольцами образуют полости, которые меняют ход звуковой волны. Попадая в структуру, звук замедляется, его длина волны укорачивается, а энергия всё плотнее собирается у дальнего конца. Там она рассеивается за счёт трения и теплообмена между воздухом и поверхностями устройства, поэтому обратно отражается куда меньше энергии. Гуаш сравнивает это с поведением волны у настоящей чёрной дыры: стороннему наблюдателю кажется, что та тратит бесконечное время, чтобы добраться до предельной точки.

Испытание прототипа

Прототип напечатали на 3D-принтере. Это конструкция длиной 15 сантиметров из 29 колец на центральном стержне, вставленная в импедансную трубу, которая показывает, как звук ведёт себя при встрече с материалом или структурой. Динамик посылал в трубу волны разных частот, а микрофоны фиксировали, сколько звука вернулось. Результаты в целом совпали с компьютерным расчётом, но полностью избавиться от эха не получилось.

Моделирование также сравнили новую геометрию с обычной. Вставка отражала меньше звука в широком диапазоне частот. Причина в резонансах полостей между кольцами: в новой схеме они приходятся на более высокие частоты, поэтому эффект чёрной дыры сохраняется шире по частоте.

Устройство изготавливают отдельно от воздуховода и просто вставляют в уже существующую систему. Ближайшее применение это борьба с шумом в воздуховодах и глушителях, где отражённый звук мешает. Авторы уже изучают, можно ли сделать такие конструкции двумерными и трёхмерными, вплоть до акустики помещений. До реального внедрения предстоит разобраться с проблемами: полости могут забиваться частицами, влияют температура, давление и поток воздуха.

Изображение: Dejan Krsmanovic CC BY 2.0 · Лицензия

Редактор перевода: Ловушкин А.