Malaga, miasto znane ze swojej bogatej historii i tętniącej życiem kultury, w dniach 23-26 czerwca 2025 roku stała się europejską stolicą akustyki. To właśnie tutaj odbywało się Forum Acusticum Euronoise 2025 – jedenasta edycja prestiżowej Konferencji Europejskiego Stowarzyszenia Akustycznego (EAA), połączona z XLVI Hiszpańską Konferencją Akustyczną TECNIACUSTICA 2025. To wyjątkowe wydarzenie, zorganizowane przez Hiszpańskie Towarzystwo Akustyczne (SEA), stanowi kluczową platformę dla wymiany najnowszej wiedzy, innowacyjnych rozwiązań i inspirujących dyskusji w dziedzinie akustyki i kontroli hałasu.
Program konferencji obejmował szeroki zakres tematów, od sesji naukowych, przez prezentacje keynote, po wystawy techniczne, gdzie firmy prezentowały swoje najnowsze osiągnięcia. Jesteśmy dumni, że w tak ważnym gronie prelegentów znaleźli się również nasza ekspertka z Silencions: Klara Chojnacka.
Prezentacja Klary: optymalizacja elementów rezonujących dla lepszej izolacji i mniejszej masy
Klara Chojnacka zaprezentowała wyniki swoich badań na wystąpieniu pod tytułem: „Optimizing locally resonant elements distribution on isotropic plate for increased sound insulation and mass reduction.” Prezentacja koncentrowała się na jednym z najbardziej palących wyzwań współczesnej inżynierii akustycznej: jak skutecznie redukować hałas i wibracje, jednocześnie minimalizując masę i gabaryty konstrukcji.
Tradycyjne metody zwiększania izolacyjności akustycznej często opierają się na stosowaniu ciężkich, masywnych materiałów, co wiąże się z kompromisami w zakresie kosztów, estetyki i funkcjonalności. W wielu sektorach – od transportu, przez zaawansowane systemy maszynowe, po konstrukcje budowlane – istnieje pilna potrzeba wprowadzenia rozwiązań, które pozwolą na osiągnięcie pożądanych właściwości akustycznych przy jednoczesnym zachowaniu lekkości i kompaktowych wymiarów.
Jednym z rozwiązań rozwijanych w dzisiejszym świecie nauki, które mają rozwiązać problem ciężkich i nieefektywnych konstrukcji, są metamateriały wibroakustyczne. Poprzez wykorzystanie odpowiednio zaprojektowanych niewielkich elementów rezonansowych rozmieszczonych na powierzchni przegrody np. ściany, obudowy urządzenia, możliwe jest zmniejszenie propagacji drgań w konstrukcji, a co za tym idzie, zwiększenie izolacyjności akustycznej przegrody.
Metamateriały wibroakustyczne pozwalają na wąskopasmowe zwiększenie izolacyjności akustycznej przy zachowaniu niewielkiego dodatku masy i grubości do podstawowej konstrukcji. W celu wyznaczenia efektywności metamateriału konieczne jest wykorzystanie złożonych metod symulacji takich jak obliczenia Metoda Elementów Skończonych dla geometrii trójwymiarowych (MES). To znacząco wydłuża czas obliczeń i uniemożliwia optymalizację geometrii poszczególnych elementów rezonansowych, jak i ich rozkładu na dostępnej powierzchni przegrody. Efektem jest nieoptymalne działanie metamateriału oraz, przez założenie równomiernego rozkładu elementów, niepotrzebnie zwiększona masa rozwiązania.
Optymalizacja rozmieszczenia elementów lokalnie rezonansowych
Badania Klary pogłębiają tę problematykę. Skupiają się na optymalizacji rozmieszczenia elementów lokalnie rezonansowych – małych układów masa-sprężyna-tłumik, które, mimo niewielkich rozmiarów i wagi, mają zdolność do efektywnego tłumienia fal fal propagujących się w przegrodach/ścianach w wybranych zakresach częstotliwości. Kluczem do sukcesu jest analiza, jak najlepiej rozmieścić te elementy na powierzchni, aby zmaksymalizować ich skuteczność w redukcji hałasu oraz zmniejszyć ogólną masę konstrukcji (Rys. 1). To podejście otwiera nowe możliwości projektowe, pozwalając inżynierom na tworzenie efektywniejszych, lżejszych i bardziej innowacyjnych rozwiązań akustycznych.
Klara opracowała procedurę optymalizacji rozkładu elementów rezonansowych na powierzchni przegrody prostokątnej. Pierwszym krokiem było zredukowanie czasu obliczeń izolacyjności akustycznej przegrody z elementami rezonansowymi (przeczytaj więcej: https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-5c4fbba0-12f0-4cde-8dc1-2a087c50ba3f). Efektem pracy był model trójwymiarowy przegrody z siatką elementów rezonansowych rozmieszczonych na całej powierzchni przegrody (patrz Rys. 2). Następnie konieczne było opracowanie funkcji kosztu, której zadaniem było minimalizowanie liczby elementów rezonansowych na przegrodzie. Aby utrzymać efektywność metamateriału na pierwotnym poziomie opracowana została również funkcja ograniczająca, w której sprawdzana była różnica między izolacyjnością akustyczną przegrody przez optymalizacją, oraz w obecnej iteracji obliczeń.
Końcowym efektem prac jest procedura optymalizacji, która pozwala na zmniejszenie liczby elementów rezonansowych aż o 40% przy zachowaniu efektywności metamateriału praktycznie bez zmian.
Na Rys. 3 przedstawiony jest przykładowy wynik optymalizacji, który potwierdza działanie algorytmu. Krzywa izolacyjności akustycznej przed i po optymalizacji pokrywają się, mimo że liczba elementów drastycznie się zmniejszyła. Na Rys. 4 przedstawiono optymalny rozkład elementów rezonansowych na przegrodzie. Warto zauważyć, że zależnie od zakresu częstotliwości, parametrów przegrody, czy parametrów elementów rezonansowych, rozkład ten będzie się zmieniał, więc wynik będzie różny w zależności od analizowanego przypadku.
Przyszłość inżynierii akustycznej: praktyczne zastosowanie optymalizacji elementów rezonujących
Badania Klary Chojnackiej przekładają się na praktyczne możliwości zastosowania. Ich podejście do optymalizacji elementów rezonujących niesie ze sobą szereg korzyści, które mogą znacząco wpłynąć na podejście do projektowania w wielu sektorach:
● Redukcja masy konstrukcji: osiągnięcie tej samej, a nawet lepszej, izolacji akustycznej przy znacznym zmniejszeniu masy konstrukcji.
● Oszczędności kosztowe: mniejsze zużycie materiałów i łatwiejszy transport przekładają się na realne obniżenie kosztów produkcji i montażu.
● Większa swoboda projektowa: inżynierowie zyskują elastyczność w projektowaniu cichych systemów, które są jednocześnie kompaktowe i wydajne.
● Poprawa środowiska akustycznego: w efekcie końcowym, zastosowanie takich rozwiązań przyczynia się do tworzenia cichszych i bardziej komfortowych przestrzeni, zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym.
Ten kierunek badań jest kluczowy dla rozwoju inżynierii akustycznej, odpowiadając na rosnące zapotrzebowanie na inteligentne i efektywne rozwiązania w walce z hałasem.
Silencions: zaangażowanie w rozwój akustyki
W Silencions stale dążymy do wprowadzania innowacji zarówno jeśli chodzi o produkty (jak w naszych autorskich tłumikach akustycznych sTwist), jak i oferowanie usługi.
Aktywny udział naszych ekspertów w globalnych wydarzeniach, takich jak Forum Acusticum Euronoise 2025, to potwierdzenie zakorzenionego w DNA firmy zaangażowania w rozwijanie najnowocześniejszych rozwiązań akustycznych. Jesteśmy dumni, że nasi naukowcy nie tylko śledzą światowe trendy, ale sami aktywnie je współtworzą, dzieląc się swoją wiedzą i inspirując innych do poszukiwania nowych dróg w redukcji hałasu.
Czy Twoja firma poszukuje wsparcia w zakresie redukcji hałasu lub przeprowadzeniu badań akustycznych? Nasi eksperci z Silencions wykorzystują najnowszą wiedzę i badania, aby tworzyć spersonalizowane rozwiązania odpowiadające na wyzwania Twojego biznesu.
Skontaktuj się z nami już dziś, aby dowiedzieć się, jak możemy wesprzeć Twoje projekty i przyczynić się do sukcesu Twojej firmy.