W poszukiwaniu ciszy… w otoczeniu urządzeń

Naukowiec z Wydziału Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej jest laureatem nagrody Wydziału IV Nauk Technicznych PAN. Doceniono go za cykl prac pt. „Modelowanie, optymalizacja i sterowanie w systemach redukcji hałasu”. 

„W związku z wykorzystywaniem coraz większej liczby urządzeń i maszyn, mamy coraz więcej hałasu w naszym otoczeniu. Według niektórych ustaleń Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) to hałas jest drugą (po skażonym powietrzu – red.) przyczyną problemów zdrowotnych związanych ze środowiskiem” – wskazał w rozmowie z Nauką w Polsce dr hab. inż. Stanisław Wrona.

Klasycznym podejściem do redukcji hałasu z urządzeń są metody pasywne, czyli „dołożenie” dodatkowej osłony do urządzenia, której działanie opiera się na właściwościach dźwiękochłonnych zastosowanego materiału. „Ta metoda wiąże się jednak ze stosowaniem dodatkowych materiałów, co stanowi i większe koszty, i dodatkową masę, a nie wszędzie można sobie na to pozwolić. Dochodzi też problem izolacji cieplnej, ponieważ materiały te często są jednocześnie dobrymi izolatorami cieplnymi” – opowiadał automatyk.

Drugim rodzajem podejścia do redukcji hałasu są metody aktywne, które polegają na odpowiednim „sterowaniu” obudową, aby drgania, powstałe w wyniku tej modyfikacji, niwelowały fale dźwiękowe.

„W metodach aktywnych dokładamy energii do obiektu i za pomocą sygnału sterującego, nazywanego antyhałasem, doprowadzamy do tzw. destrukcyjnej interferencji fal dźwiękowych. Naszym celem jest globalna redukcja hałasu, czyli redukowanie hałasu emitowanego do otoczenia w każdym kierunku. W tym przypadku najlepiej sprawdza się połączenie metody pasywnej (w postaci obudowy) z aktywnymi (w postaci systemu sterowania drganiami)” – mówił badacz.

Obecnie naukowiec wraz z zespołem badawczym, do którego należy, stara się rozwiązać problem związany z odprowadzaniem ciepła. „Obudowy dla niektórych urządzeń wymagają otworów wentylacyjnych, dlatego pracujemy nad opracowaniem takiego układu generowania antyhałasu, który by przeciwdziałał wydostawaniu się hałasu przy obudowie z otworami” – tłumaczył.

Zespół badawczy, do którego należy Stanisław Wrona, zajmuje się rozwiązaniami zarówno dla maszyn przemysłowych, jak i dla urządzeń gospodarstwa domowego. Jak mówił, producenci tych drugich są szczególnie zainteresowani współpracą z naukowcami, ponieważ tego oczekują konsumenci – aby np. pralki były cichsze.

„W przypadku pralki mamy do czynienia z szerokim spektrum częstotliwości. Na każde pasmo częstotliwości: niskich, wysokich i pośrednich – trzeba znaleźć odpowiednie rozwiązania. Na pierwsze dobrze działa aktywna redukcja hałasu, na wysokie – warstwa materiału dźwiękochłonnego, np. filcu. Dla pasma pośredniego jeszcze szukamy rozwiązań, aby było efektywne, niskokosztowe i nadawało się do masowej produkcji” – mówił Stanisław Wrona.

Obecne światowe trendy wykazują zainteresowanie coraz lżejszymi urządzeniami, co wiąże się ze słabszą izolacją akustyczną (w związku z mniejszą ilością materiału). „Jednocześnie widać też trend w rozwoju nowych materiałów, których struktura w postaci pewnej siatki przestrzennej pozwoli na lepszą redukcję hałasu przy mniejszej ilości wykorzystywanego materiału” – wskazał.

Zagadnienie redukcji hałasu z urządzeń jest podejmowane przez naukowców na całym świecie. Przykładem międzynarodowej współpracy jest naukowo-przemysłowy projekt z unijnego Programu Horyzont Europa, który realizują badacze m.in. z Politechniki Śląskiej, pod kierownictwem prof. Marka Pawełczyka.

„Metodami aktywnymi jesteśmy w stanie jeszcze dużo zrobić, ponieważ te układy stają się coraz tańsze i wydaje się, że niebawem wysoki koszt przestanie być barierą do wdrożenia” – podsumował Stanisław Wrona.

Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik

akp/ agt/