Инженеры из Нанкинского университета напечатали с помощью обычного 3D-принтера акустический канал, звук по которому может передаваться лишь в одном направлении. Для этого авторы использовали один из недавно разработанных акустических метаматериалов. Ключевой особенностью этого класса материалов является то, что их свойства зависят в первую очередь не от вещества, из которого они сделаны, а от их формы. Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.

Звуковые волны в акустическом диодеИзображение: Yi-Fan Zhu et al. / Applied Physics Letters, 2015

Новое устройство состоит из двух акустических метаматериалов, объединенных в единый канал, прозрачный для света, тепла и свободно пропускающий воздух. Каждый из материалов представляет собой «гребень» с фиксированным расстоянием между бороздами, но постепенно увеличивающейся их глубиной. Для двух частей акустического диода эти расстояния различаются: они равны, соответственно, 0,84 сантиметра и 2,36 сантиметра. Благодаря этому возникает различие между прямыми и обратными звуковыми волнами. 

Внешний вид устройства. Изображение: Yi-Fan Zhu et al. / Applied Physics Letters, 2015

В случае, когда звук движется в «запрещенном» направлении, происходит его отражение от канала, он делает своеобразный поворот на 180 градусов и возвращается обратно. В «разрешенном» направлении волна колебания давления проходит свободно. Важно отметить, что устройство рассчитано на работу только лишь с определенной частотой звука, в данном случае — 6064 герца.**

Ширина канала составляет 10,6 сантиметра, длина устройства примерно равна 30 сантиметрам. Все изделие напечатано из обычного ABS-пластика, аналогичного тому, из которого делают детальки конструктора LEGO. Авторы предполагают, что разработка может быть использована в ситуациях, когда необходимо подавлять звук определенной частоты (например, работы кондиционирующих систем). В будущем физики надеются расширить диапазон рабочих частот и создать канал, способный звукоизолировать в обоих направлениях.

Существующие акустические диоды представляют собой, как правило, различные упругие среды. Из-за этого они ограничивают прохождение каких-либо веществ или тепла через себя. К примеру один из вариантов такого диода представлял собой цепочку плотно прижатых сфер, одна из которых обладала меньшей массой, чем остальные. При генерации звуковых колебаний в одном из направлений происходит рассеяние из-за возбуждения хаотических колебаний в сферах.

Владимир Королёв