Silêncio puro: Isolamento acústico de plasma absorve 100% do som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/07/2023

Uma fina camada de plasma, criada pela ionização do ar, torna-se um absorvedor de som ativo de altíssima eficiência e muito mais fino que os atuais.
[Imagem: EPFL/LTS2/Stanislav Sergeev/Mathias Delahaye]

Alto-falante de plasma

Depois de décadas contando com melhorias apenas incrementais, os alto-falantes começaram a contar com inovações interessantes, como alto-falantes planos e flexíveis, alto-falantes sem ímãs, um alto-falante fino como papel e até alto-falantes feitos com músculos artificiais.

Um conceito já antigo, contudo, nunca emplacou por várias razões, entre as quais o alto consumo de energia. Trata-se do alto-falante de plasma.

Em termos simples, é possível gerar som criando um campo elétrico em um conjunto de fios paralelos, um campo forte o suficiente para ionizar as partículas de ar ao redor. Os íons carregados são então acelerados ao longo das linhas do campo magnético, empurrando o ar não ionizado residual de forma a produzir som.

O interessante é que um alto-falante é um transdutor, ou seja, um dispositivo que converte um tipo de energia em outro. Assim, se um alto-falante pode gerar som, ele também pode absorvê-lo. Basta então inverter o funcionamento do transdutor para criar um absorvedor acústico.

Foi o que fizeram agora Stanislav Sergeev e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, que usaram o conceito do transdutor de plasma não para gerar sons, mas para a redução de ruídos. Eles chamam seu dispositivo de "metacamada plasmacústica", onde o "meta" refere-se à metassuperfície que compõe o dispositivo.

Protótipos de demonstração do absorvedor acústico de plasma.
[Imagem: EPFL/Alan Herzog]

100% de absorção sonora

É possível usar um alto-falante comum para absorver ruídos, mas a membrana que gera o som - aquela parte redonda flexível que vibra, parecida com um papelão - limita a frequência que pode ser absorvida. E a equipe queria um absorvedor de som que pudesse funcionar em uma ampla gama de frequências, além de ser plano, para poder ser usado em paredes, por exemplo.

O conceito do alto-falante de plasma mostrou-se ideal para isso.

"Queríamos reduzir ao máximo o efeito da membrana, já que ela é pesada. Mas o que pode ser tão leve quanto o ar? O próprio ar," explicou Sergeev. "Primeiro ionizamos a fina camada de ar entre os eletrodos, que chamamos de metacamada plasmacústica. As mesmas partículas de ar, agora carregadas eletricamente, podem responder instantaneamente a comandos de campo elétrico externos e interagir efetivamente com vibrações sonoras no ar ao redor do dispositivo para cancelá-los."

O resultado é um absorvedor acústico ativo de eficiência insuperável, uma vez que a membrana de plasma opera em uma velocidade muito mais rápida do que uma membrana comum de alto-falante, além de operar em uma ampla faixa de frequências. "100% da intensidade do som recebido é absorvida pela metacamada, e nada é refletido de volta," confirmou o professor Hervé Lissek.

O transdutor pode ser fabricado finíssimo.
[Imagem: Stanislav Sergeev et al. - 10.1038/s41467-023-38522-5]

Rumo ao mercado

A equipe demonstrou uma reflexão acústica ajustável de vários Hz até a faixa dos kHz, usando camadas de plasma transparentes com espessuras de apenas um milésimo de um determinado comprimento de onda, muito mais finas do que as soluções convencionais de redução de ruído.

Para se ter uma ideia do ganho volumétrico obtido com o absorvedor de plasma, considere uma frequência sonora baixa e audível de 20 Hz, onde o comprimento de onda sônico é de 17 metros: A camada de plasma precisa ter apenas 17 mm de espessura para absorver o ruído, enquanto a maioria das soluções convencionais de redução de ruído, como paredes absorventes, precisa ter pelo menos 4 m de espessura, o que obviamente as torna inviáveis.

"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," afirmou Lissek, acrescentando que a equipe já está em negociações com a empresa suíça Sonexos para licenciar a tecnologia.

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