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Você sabia que os fios podem ser usados para ionizar o ar para fazer um alto-falante? Simplificando, é possível gerar som criando um campo elétrico em um conjunto de fios paralelos, também conhecido como transdutor de plasma, forte o suficiente para ionizar as partículas de ar. Os íons carregados são então acelerados ao longo das linhas do campo magnético, empurrando o ar não ionizado residual de forma a produzir som.
Se um alto-falante pode gerar som, também pode absorvê-lo.
Embora esse conceito de alto-falante de plasma não seja novo, os cientistas da EPFL seguiram em frente e construíram uma demonstração do transdutor de plasma, com o objetivo de estudar a redução de ruído. Eles criaram um novo conceito, o que chamam de “metálama acústica plasmática” ativa que pode ser controlada para cancelar o ruído. Seus resultados são publicados em Natureza Comunicações.
Os cientistas ficaram intrigados com a ideia de usar o plasma para reduzir o ruído, já que ele elimina um dos aspectos mais importantes dos alto-falantes convencionais: a membrana. Os altifalantes equipados com membranas, como os do seu carro ou de casa, são algumas das soluções mais estudadas para a redução activa de ruído. É ativo porque a membrana pode ser controlada para cancelar diferentes sons, ao contrário de uma parede que faz o trabalho passivamente.
O problema de usar o alto-falante convencional como absorvedor de som é que sua membrana limita a faixa de frequência de operação. Para absorção sonora, a membrana se comporta mecanicamente, vibrando para anular as ondas sonoras no ar. O fato de a membrana ser relativamente pesada, ou seja, a inércia da membrana, limita sua capacidade de interagir eficientemente com sons que mudam rapidamente ou em altas frequências.
“Queríamos reduzir o efeito da membrana o máximo possível, já que ela é pesada. Mas o que pode ser tão leve quanto o ar? O próprio ar”, explica Stanislav Sergeev, pós-doutorando no EPFL’s Acoustic Group e primeiro autor. “Primeiro ionizamos a fina camada de ar entre os eletrodos que chamamos de camada metálica plasmacústica. As mesmas partículas de ar, agora carregadas eletricamente, podem responder instantaneamente a comandos de campos elétricos externos e interagir efetivamente com vibrações sonoras no ar ao redor do dispositivo para cancelá-las”.
Sergeev continua: “Como esperado, a comunicação entre o sistema de controle elétrico do plasma e o ambiente acústico é muito mais rápida do que com uma membrana.”
O plasma não é apenas eficiente em altas frequências, mas também é versátil, pois pode ser ajustado para funcionar também em baixas frequências. De fato, os cientistas mostram que a dinâmica de camadas finas de plasma de ar pode ser controlada para interagir com o som em distâncias profundas de comprimento de onda, para responder ativamente ao ruído e cancelá-lo em uma ampla largura de banda. O fato de seu dispositivo estar ativo é fundamental, pois as tecnologias passivas de redução de ruído são limitadas na faixa de frequências que podem ser controladas.
O absorvedor de plasma também é mais compacto que a maioria das soluções convencionais. Explorando a física única das metacamadas plasmacústicas, os cientistas demonstraram experimentalmente a perfeita absorção do som: “100% da intensidade do som recebido é absorvido pela metacamada e nada é refletido de volta”, diz o cientista sênior do EPFL Acoustic Group, Hervé Lissek. Eles também mostram reflexão acústica sintonizável de vários Hz até a faixa de kHz, com camadas de plasma transparentes com espessuras de apenas um milésimo de um determinado comprimento de onda, muito menores do que as soluções convencionais de redução de ruído.
Para se ter uma ideia de quão mais compacto é o absorvedor de plasma, considere uma frequência sonora baixa e audível de 20 Hz, onde o comprimento de onda sônico é de 17m metros de comprimento. A camada de plasma precisaria ter apenas 17 mm de espessura para absorver o ruído, enquanto a maioria das soluções convencionais de redução de ruído, como paredes absorventes, precisaria ter pelo menos 4 m de espessura, o que muitas vezes limita sua viabilidade.
“O aspecto mais fantástico deste conceito é que, ao contrário dos absorvedores de som convencionais baseados em materiais porosos ou estruturas ressonantes, nosso conceito é de alguma forma etéreo. Revelamos um mecanismo completamente novo de absorção de som, que pode ser feito tão fino e leve quanto possível, abrindo novas fronteiras em termos de controle de ruído onde espaço e peso importam, especialmente em baixas frequências” diz Hervé Lissek.
A EPFL fez parceria com a Sonexos SA, uma empresa suíça de tecnologia de áudio, para desenvolver absorvedores de som ativos de ponta que usam o conceito de metacamada acústica de plasma. Juntos, eles visam fornecer soluções inovadoras e eficientes para reduzir o ruído em uma ampla gama de aplicações, incluindo os setores automotivo, de consumo, comercial e industrial.
“Esta colaboração estratégica aproveita a experiência da EPFL em ciência de materiais e acústica, bem como o histórico comprovado da Sonexos no fornecimento de soluções de áudio de alto desempenho”, explica Mark Donaldson, CEO e fundador da Sonexos.
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