Новый тип метаматериального устройства лучше передает звук между средами

Команда исследователей из университетов Енсе (Южная Корея) и Хоккайдо (Япония) разработали метаматериальное устройство, позволяющее лучше обычного передавать звук между водой и воздухом.

Специалисты описали аппарат, принципы его работы и элементы, требующие улучшения, в статье Physical Review Letters.

В обычных условиях услышать под водой звук, созданный над ее поверхностью, практически невозможно, и наоборот. Обусловлено это барьером, формируемым акустическим сопротивлением. Звуковые волны отталкиваются от него и не могут пробить. В данном исследовании специалисты использовали метаматериальный прибор (метаповерхность), служащий тоннелем в барьере между средами.

Изготовленное командой устройство состоит из цилиндрической металлической внешней оболочки, напоминающей обод автомобильной шины. В центре расположена сегментированная резиновая мембрана с грузом, необходимым для ее натяжения. Устройство плавает в воде. Находясь над аппаратом, человек может слышать звуки из-под ее поверхности, которые иначе не пробиваются.

Обычно пробить средовой барьер могут 0,1-0,2% акустических волн. В опытах с устройством эта доля достигла 30%.

Система может упростить и повысить эффективность общения людей, находящихся над и под водой. Она также позволит слышать подводных обитателей. Но устройство имеет 2 серьезных недостатка, огранивающих его возможности. Первый – слышать удается только звуки, идущие прямо из-под прибора, диагональные волны все еще отражаются. Второй минус заключается в ограниченности улавливаемых частот – устройство подходит для звуков только для диапазона в 600-800 Гц. Потенциально решить проблемы можно путем постройки массивов отдельных аппаратов, рассчитанных на разные параметры и способных покрыть большую площадь.