超材料在不阻礙空氣流動的情況下阻擋噪音

波士頓大學開發(fā)的新型聲學超材料可以阻擋94%的噪音，但仍允許空氣流動。有時世界可能是一個嘈雜的地方，特別是在大城市，交通，汽車警報，過往噴氣機和城市生活的一般嗡嗡聲似乎震耳欲聾。雖然已經(jīng)存在一些淹沒或包含聲音的解決方案，但它們通常也會阻止氣流，這可能限制某些應用，例如噴氣發(fā)動機。他們說，現(xiàn)在波士頓大學的機械工程師開發(fā)出一種新的超材料，可以阻擋94%的噪音，但仍允許空氣流動，解決當前噪音消除解決方案的一個關鍵問題。

“[當前]解決方案主要是基于管道的，并且往往具有較大的物理足跡，”負責該研究的工程學院的多學科教授張鑫告訴設計新聞。“在我們的工作中，我們設計了一種超開式消聲器，可以在保持有效通風的同時消除不需要的聲波。”張和研究生Reza Ghaffarivardavagh一起參與了這個項目，他們的靈感來自于他們自己在各個城市生活的經(jīng)驗，以開發(fā)超材料，并利用他們在數(shù)學方面的共同專業(yè)知識為他們的工作提供信息。

在新材料中 - 基本上是開放的，環(huán)狀結構 - “消音器性能具有頻率選擇性和周期性，因此，可以作為一種有前途的解決方案，用于消除各種來源的音調(diào)機械噪聲，如風扇噪音， “張說。還有一個選項可以設計消音材料，“深亞波長尺寸的磚或瓦片形式的靜音'墻'選擇性地消除不需要的聲音，”他說。

研究人員說，材料開發(fā)的關鍵在于它們本身不是一個屏障，而是一個開放的管道，基于消除空氣中產(chǎn)生聲音的微小干擾。為了開發(fā)超材料，研究人員計算了他們需要具有的尺寸和規(guī)格，以便干擾傳播的聲波，防止聲音 - 但不是空氣 - 通過開放結構輻射，張說。他們的計算基于這樣一個前提：超材料需要以這樣的方式塑造，即它將傳入的聲音發(fā)送回它們來自的地方。

“在我們的研究中，重點是實現(xiàn)消音，同時保留主導的中央開口，即使在強制通風的情況下也能確保性能，”他解釋說。“值得注意的是，我們的結構的靜音性能是窄帶和周期性的......但它是一種很有希望的音調(diào)噪聲抑制解決方案。”

為了測試他們的解決方案，研究人員創(chuàng)造了一種可以使揚聲器聲音靜音的結構。根據(jù)他們的計算，他們模擬了最有效地消除噪音的物理尺寸，并使用3D打印以塑料制成的開放式降噪結構的形式實現(xiàn)了這個模型。為了測試他們建造的效果，團隊將揚聲器密封到PVC管的一端，另一端將定制的聲學超材料固定在開口中。

他們打開揚聲器發(fā)出高亢的音符;然而，超材料在管口內(nèi)部周圍響起，像一個靜音按鈕一樣工作。研究人員表示，當其中一名研究人員將其釋放后，只有這樣，該團隊才能聽到發(fā)言人討厭的尖叫聲。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過比較固定和不固定超材料的聲級，研究人員發(fā)現(xiàn)它們可以使靜音幾乎全部靜音 - 與噪聲完全相同，使揚聲器發(fā)出的聲音不易被人耳發(fā)出。該團隊在物理評論B期刊上發(fā)表了一篇關于他們工作的論文。

雖然目前的設計可以最好地用于取消具有“特征音調(diào)噪音的應用，例如風扇或恒定RPM轉(zhuǎn)子和螺旋槳”，張說，工作本身可以擴展到許多其他應用程序，以阻止聲音“幾乎任何東西。”我們現(xiàn)在正致力于寬帶設計，以及可調(diào)模型，開辟了新的可能性和應用，”他告訴設計新聞。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。