Das Risiko eines Hörverlusts entsteht nicht nur durch laute Maschinen oder andere offensichtliche Geräusche. Es kann auch Menschen in öffentlichen Bereichen wie Theatern und Konzertsälen betreffen. Diesen überschüssigen Schall zu absorbieren, um öffentliche Umgebungen für das Hören sicherer zu machen und die unerwünschten Schallwellen zur Stromerzeugung zu nutzen, ist das Ziel eines Artikels mit dem Titel „Piezoelektrisches System zur Nutzung von Schallenergie in geschlossenen Umgebungen“, der in veröffentlicht wurde Physik der Flüssigkeiten.
„Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention haben schätzungsweise 12,5 % der Kinder und Jugendlichen im Alter von sechs bis 19 Jahren und 17 % der Erwachsenen im Alter von 20 bis 69 Jahren durch übermäßige Lärmbelastung dauerhafte Hörschäden erlitten“, sagt Autor Rajendra sagte Prasad P. „Lärm über 70 Dezibel über einen längeren Zeitraum kann unser Gehör schädigen. Wir brauchen Systeme, die wirklich große Geräusche abschwächen können.“
In ihrer Studie konzentrierten sich die Autoren auf geschlossene Räume wie Theater und Konzertsäle und bauten ein System piezoelektrischer Sensoren, die in Wänden, Böden und Decken installiert werden können, um Schallwellen zu absorbieren und ihre Energie zu sammeln. Die Schallwellen von Lautsprechern in diesen geschlossenen Räumen liegen normalerweise zwischen 60 und 100 Dezibel und erreichen manchmal 120 Dezibel, sagte Prasad.
„Wir haben den in geschlossenen Umgebungen vorhandenen Schall anhand der Intensität (Dezibel) klassifiziert, die potenziell zu Hörverlust führen kann“, sagte Prasad. „Mit piezoelektrischen Sensoren absorbierte Schallenergie wird von unserem System verarbeitet, um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Basierend auf dem Muster der Energieerzeugung wird der Ausgang des Systems zwischen Batterie und direkt genutztem Ausgang umgeschaltet.“
Um ein optimales System zur Erfassung von Schallwellen in geschlossenen Räumen zu entwerfen, verwendeten die Autoren Computersimulationen zur Feinabstimmung von Variablen, einschließlich der Spannung, die zur Stromversorgung der Hauptgerätekomponente erforderlich ist, der Frequenz und Intensität des Eingangsschalls sowie parallel getesteter piezoelektrischer Sensoren serielle Konfigurationen.
„Die überraschende Tatsache ist, dass die Leistung des Designs bei bestimmten Frequenzen maximal ist, die mit der Frequenz und Intensität des in Theatern oder Auditorien verwendeten Tons übereinstimmen“, sagte Prasad. „Unser Design reduziert die Schallvibration jedes Mal, wenn er vom piezoelektrischen Material reflektiert wird, und verringert die Gesamtschallintensität des geschlossenen Raums.“
Zusätzlich zur Verringerung des Risikos eines Hörverlusts wollten die Autoren ein Energiesystem entwickeln, das gut für die Umwelt ist und eine intelligente Energieverwaltungsfunktion verwendet, die sich je nach eingehendem Schall anpasst. Außerdem werden umweltfreundliche Materialien verwendet.
„Das piezoelektrische Material, das wir verwendet haben, ist eine Form von Quarz, das nichts anderes als ein Mineral aus Siliziumdioxid ist“, sagte Prasad. „Es ist leicht biologisch abbaubar und auch recycelbar.“
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Roshan Zameer Ahmed et al., Piezoelektrisches System zur Nutzung von Schallenergie in geschlossenen Umgebungen, Physik der Flüssigkeiten (2023). DOI: 10.1063/5.0173934