Tlumení zvuku pro americké námořnictvo

Snižování hluku a vlivu vibrací patří mezi současné přední vědecké řešitelské úkoly. Důvody jsou jednoduché. Podle zprávy Světové zdravotnické organizace (WHO) zemře ročně kolem sedmi milionů lidí na srdeční choroby a až 3 % z těchto případů byly dány do přímé souvislosti s chronickým a intenzivním stresem z hlučné dopravy. Dá se tedy říci, že hluk zabíjí stejně jako stres. Proto se pozornost vědců soustřeďuje mimo jiné na metody tlumení hluku a vibrací. Vědci z Technické univerzity v Liberci mají již co nabídnout. O unikátní metodu tlumení hluku a vibrací, na které pracuje tým vědců z Technické univerzity v Liberci, projevilo zájem americké námořnictvo. Potvrdil to proděkan Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL profesor Aleš Richter. „Aktivní tlumení spočívá v tom, že se proti nežádoucímu hluku pošle z reproduktoru jakýsi „protihluk“. Zvukové vlny se vzájemně vyruší a v daném místě není původní hluk slyšet. Tato metoda je známá. Náš přístup je ale unikátní v tom, že šikovně využívá vlastností piezoelektrických materiálů“. Dodal, že o výsledky výzkumu projevil zájem Úřad pro námořní výzkum (Office of Naval Research, ONR) Ministerstva obrany USA. V klasických metodách aktivního potlačování se hluk nebo vibrace musejí detekovat pomocí senzoru. Signál ze senzoru je zpracován elektronikou a předán do aktuátoru. Aktuátor vytvoří akustickou vlnu, která hluk nebo vibrace zruší. K potlačení hluku jsou tedy potřeba dva elektroakustické převodníky a nákladná a často komplikovaná elektronika. I z toho důvodu, byť se jedná o hodně a dlouhodobě propracované téma, je konkrétních aplikací poměrně málo. Metoda, na které pracuje tým vědců Ústavu mechatroniky a technické informatiky Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL v rámci projektu Grantové agentury České republiky, je založena na jiném principu. Celý vtip spočívá v tom, že při použití piezoelektrického materiálu stačí na pohlcování hluku a vibrací jen jeden prvek. Piezoelektrický element totiž funguje zároveň jako senzor i aktuátor. Cílem metody tedy není vytvoření akustické vlny, která zruší přicházející hluk nebo vibrace, ale vytvoření takových mechanických podmínek v piezoelektrickém materiálu, že prostup akustických vln skrz něj není možný. Takový přístup má podle něj značné výhody. Umožňuje jednoduše tlumit přenos zvuku a vibrací v mnohem širší frekvenční oblasti, než v jaké jsou schopny pracovat konvenční aktivní metody. Nebo je například možné část energie procházejícího hluku nebo vibrací přeměnit v elektrickou a tím značně snížit nároky na napájení celého systému. V extrémním případě je dokonce možné vyrobit z hluku nebo vibrací více elektrické energie, než celý systém spotřebuje. Ta se pak dá využít k jiným účelům. Na princip této metody přišli japonští vědci z Kobayasi Institute of Physical Research a loni v prosinci přijal Americký patentový úřad patent ochraňující využití základního principu metody. Řešení pokrývá základní princip tlumení hluku a vibrací. Ten má samozřejmě ještě určité nevýhody a TUL v rámci projektu GAČR pracuje na dalším vývoji, který umožní použití metody v praktických aplikacích. Pracuje se mimo jiné na tom, aby aplikace byly adaptivní a fungovaly i v měnících se provozních p o d m í n k á c h . To by umožnilo jednoduše vytvořit účinné zvukové bariéry v místech, kde je použití objemných izolačních materiálů, jako je skelná vata, problematické, nebo dokonce nemožné. Typickým příkladem je automobilový nebo letecký průmysl. Zprávy o vývoji na Technické univerzitě v Liberci, který probíhá v dlouhodobé spolupráci s japonskými partnery z Kobayasi Institute of Physical Research, již pronikly i do zahraničí. Členové týmu byli loni a opakovaně i letos pozváni k prezentaci výsledků vývoje na uzavřeném workshopu amerického námořnictva, který poskytuje fórum pro zprávy a diskusi o state-of-the-art v oblasti materiálů a zařízení pro generování, detekci a potlačování zvuku. Úřad pro námořní výzkum spadající pod Ministerstvo obrany USA poskytl v roce 2004 Technické univerzitě v Liberci grant ve výši pět tisíc dolarů na uspořádání sedmého ročníku Evropské konference o aplikacích polárních dielektrik. Není nezajímavé ani to, že o spolupráci na vývoji akustických zařízení tohoto typu požádala liberecké vědce prestižní Laboratoř elektromagnetizmu a akustiky Švýcarského národního polytechnického institutu v Lausanne (EPFL). Důležité rovněž je, že se na výzkumu aktivního tlumení hluku a vibrací pomocí piezoelektrických elementů v rámci projektu podílejí i studenti, kteří řeší dílčí problémy ve svých diplomových a doktorských pracích. Jaroslava Kočárková