Postoji nekoliko boljih stvari od leškarenja kod kuće po toplom letnjem danu, barem dok komšije ne počnu da kose i radnici da buše. Zagađenje bukom je jedna od kuga gradskog i prigradskog života, koja može da nadglasa prirodne melodije i izazove razdraženost, stres i gubitak sluha. Međutim, sada je tim inženjera iz Južne Koreje izumeo izuzetan prozor koji omogućava prodor vazduha uz prigušenje velikog dela buke.
Jednostavno rečeno, buka je svaki zvuk koji neko ne želi da čuje. Meri se u decibelima (povećanje zvuka od 10dB odgovara desetostrukom povećanju pritiska zvuka i energije, gde je 0dB ljudski čujni prag), i mirna sela sa samo prirodnim zvucima imaju zvučni nivo u rasponu od 10 do 20dB. Kada je u spavaćoj sobi nivo buke iznad 45dB, većina ljudi doživljava značajne poteškoće da zaspe i ostanu u snu.
Na udaljenosti od 15 metara, one kosilice pomenute ranije imaju nivo buke u opsegu od 70 do 75 decibela, dok udarne bušilice koje cepaju pločnike ispred vaše kuće daju nivo buke od oko 90dB unutar kuće. Većina nas na ovo reaguje zatvaranjem prozora i vrata, prateći logiku da je trpljenje zagušljivog, zatvorenog prostora bolje nego slušanje zaglušujuće buke u urabanim sredinama.
Sada se pojavila alternativa. Inteligentno korišćenje akustičnih metamaterijala profesora Sanga-Hon Kima sa Mokpo nacionalnog pomorskog univerziteta i profesora Seong-Hjun Lija sa Korejskog instituta za mašine i materijale će omogućiti projektovanje i izradu prozora koji omogućavaju propuštanje vazduha, ali i smanjenje buke od oko 35 decibela, u zavisnosti od frekvencije spoljnog zvuka. Ovaj nivo smanjenja zvuka je za oko 5dB bolji od standardnog svostruko zastakljenog prozora.
Metamaterijali se sastoje od obrazaca lokalno rezonantnih struktura. Kim i Li su otkrili kako se prave metamaterijali koji blokiraju zvuk i koji imaju stalne puranje koje omogućavaju prolaz vazduha pomoću Helmholc rezonatora. Ako ste ikada slušali jug bend, ili jednostavno duvali preko vrha staklene boce kako bi napravili zvižduk, znate šta su Helmohlz rezonatori. Uopšteno govoreći, oni se sastoje od ograničene količine vazduha kojoj se može pristupiti sa spoljne strane vrata ili kroz mali otvor.
Posebni rezonatori koji se koriste za tihe prozore nazivaju se difrakcijski rezonatori. To su šuplje kutije veličine 15x15x4 santimetara koje se prave od akrila koji je 5mm debeo. Postoje dva seta od tri dizajna difrakcijskih rezonatora, jedan set ima centralni otvor za vazduh 2cm u prečniku, a drugi set sa otvorom za vazduh od 5cm.
Svaki set ima različite unutrašnje pregrade koje probijaju unutrašnji vazdušni prostor u jedan, dva, tri ili četiri volumena jednake zapremine. Pregrade služe za promenu rezonantne frekvencije, tako da širi opseg frekvencija može biti utišan. U svim slučajevima cilindrični filter za vazduh se ubacuje kroz otvor za vazduh kako bi se sprečio uobičajni zvižduk Helmholc rezonatora.
Zašto difrakcijski rezonatori propuštaju vazduh, ali ne i zvuk? Jedan deo odgovora je taj kada zvuk prolazi kroz vazdušne otvore, zvučni talasi se snažno razbijaju u celoj zapremini difrakcijskog rezonatora, tako da vrlo malo zvuka prolazi kroz otvore za vazduh.
Drugi deo odgovora je da difrakcijski rezonatori izazivaju da vazduh ima negativnu kompresiju u već prilično širokom frekventnom opsegu. Normalni zvučni talasi u vazduhu se sastoje od niza kompresovanih i proširenih regija. Energija kompresovanog vazduha tera materijal na širenje, i obrnuto.
Međutim, kada je kompresija negativna, kompresovani vazduh je manje gust od vazduha nižeg pritiska. Kao rezultat toga, kompresovani vazduh se ne širi, što je mehanizam koji omogućava da vazduh normalno putuje kroz materijale. Umesto toga, zvučni talasi su veoma oslabljeni kako prolaze kroz materijal sa negativnom kompresijom.
Kombinacija ova dva efekta definiše frekvencijski opseg u kome je zvuk koji prolazi kroz prozor veoma ublažen.
Prototipi prozora su napravljeni kombinovanje difrakcijskih rezonatora sa troslojnom debljinom, širine od četiri rezonatora i visine od tri rezonatora, dimenzija 61x46x13cm. Jedan prozor je napravljen od rezonatora sa vazdušnim otvorima od 2cm, a drugi sa otvorima od 5cm. Kao što je prikazano na ilustraciji iznad, dva od četiri rezonantne komore po vazdušnom otvoru pokušavaju da postignu umanjenje zvuka u širem opsegu frekvencija.
Rezultati testa su pokazali da je prozor sa vazdušnim otvorima od 2cm smanjio prenos zvuka za preko 30dB na frekvencijama od 200 do skoro 5.000 herca (Hz), sa preko 20dB prigušenja čak i na veoma niskim frekvencijama. Prozor sa vazdušnim otvorima od 5cm je zamišljen kao kompromis između postizanja efekta prigušenja zvuka i protoka vazduha. Ovaj prozor je proizveo slično prigušenje prozoru sa otvorima od 2cm za frekvencije ok oko 700 do 2.000Hz, sa prigušenjem od preko 15dB za frekvencije od 600 do 5.000Hz.
Prototipski prozori imaju za cilj da predstave dokaz principa, dok se ultimativne performanse mogu poboljšati u mnogim pravcima. Mnoge od svih osobina se mogu poboljšati uvođenjem složenije unutrašnje strukture prozora.
Debljina prozora može biti smanjena tako što će vazduh koji prolazi kroz prozor pratiti određeni zakrivljeni put, koji se takođe može dobiti sa povećanje zagušenja zvuka zajedno sa povećanim protokom vazduha. Pored toga, oblik i veličina difrakcijskih rezonatora trenutno nije optimalna, a može biti poboljšana kako bi se dobio više pogodnija veličina prozora i poboljšane performanse.
Istraživači su pokazali potencijal svojih prozora za promenu gradskog i prigradskog okruženja na bolje. Tihi prozori imaju principe i strukturu dovoljno jednostavnu da ne bi trebalo da dugo čekamo njihovu pojavu na tržištu.
