Świat staje się coraz bardziej hałaśliwy. Od szumu ruchu ulicznego za oknem, przez ryczący telewizor sąsiada, po hałasy dochodzące z kabiny współpracownika – niepożądany hałas pozostaje poważnym problemem.
Niezależnie od tego, czy celowo generujesz fale dźwiękowe, czy próbujesz złagodzić niepożądany hałas, kontrola dźwięku stanowi obszar wyzwań i możliwości.
Aktywna redukcja hałasu polega na tłumieniu dźwięku przy małej głośności i stała się ważnym obszarem zastosowania słuchawek i słuchawek dousznych, gdzie potrzebny jest jedynie niewielki cichy obszar w pobliżu błony bębenkowej. Wolumetryczne tłumienie dźwięku realizowane jest na dużą skalę, np. w pomieszczeniu, głównie metodami pasywnymi, takimi jak odbijanie dźwięku materiałami o dużej impedancji akustycznej lub pochłanianie dźwięku zwykle realizowane za pomocą izolacyjnych struktur włóknistych lub pianek.
Czy można wyciszyć hałas tkaniną nie grubszą od ludzkiego włosa? Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) twierdzą, że dokonali tego niesamowitego wyczynu. W ramach interdyscyplinarnej współpracy badaczy z renomowanego instytutu i kolegów z innych czołowych amerykańskich uniwersytetów opracowano tłumiącą dźwięk tkaninę jedwabną, którą można wykorzystać do tworzenia cichych przestrzeni.
Sekret tkwi we włóknie
Tkanina zawiera specjalne włókna, które wibrują pod wpływem napięcia elektrycznego. Naukowcy wykorzystali te wibracje do tłumienia dźwięku na dwa różne sposoby. Po pierwsze, wibrująca tkanina generuje fale dźwiękowe, które zakłócają niepożądany hałas i go eliminują, podobnie jak słuchawki z redukcją szumów, które dobrze sprawdzają się w małej przestrzeni, takiej jak uszy, ale nie sprawdzają się w dużych obudowach, takich jak pokoje lub samoloty.
Druga, bardziej zaskakująca technologia polega na stabilizowaniu tkaniny w celu tłumienia drgań niezbędnych do przenoszenia dźwięku. Zapobiega to przenoszeniu hałasu przez tkaninę i tłumi dźwięk na zewnątrz. To drugie podejście umożliwia redukcję hałasu w większych przestrzeniach, takich jak pokoje lub samochody.
Wykorzystując powszechnie stosowane materiały, takie jak jedwab, tkanina i muślin, badacze stworzyli tkaniny tłumiące hałas, które można zastosować praktycznie w rzeczywistych warunkach. Z takiej tkaniny można na przykład stworzyć przegrody w otwartych przestrzeniach roboczych lub ściany z cienkiej tkaniny, które zapobiegają przedostawaniu się dźwięku.
„O wiele łatwiej jest stworzyć hałas niż stworzyć ciszę. Aby nie dopuścić do hałasu, przeznaczyliśmy dużą przestrzeń na grube ściany. Przedstawiamy nowy mechanizm tworzenia cichych przestrzeni za pomocą cienkiej warstwy materiału” – powiedział profesor Yoel Fink, profesor nauk o materiałach i inżynierii oraz główny autor badania.
Główną autorką badania była dr Grace (Noelle) Yang, a w jej zespole znaleźli się absolwenci MIT i profesor inżynierii chemicznej Zachary Smith; Absolwenci Case Western University w Cleveland w stanie Ohio; Profesor Zhou Ma z Uniwersytetu Wisconsin w Madison; oraz absolwentka Rhode Island School of Design.
Ich badanie właśnie ukazało się w czasopiśmie Zaawansowane materiały Pod tytułem „Jednowarstwowe tkaniny jedwabne i bawełniane do emisji akustycznej i aktywnego wygłuszania dźwięku”.
W poprzednich badaniach uszyto pojedynczą nić włókna piezoelektrycznego, które po ściśnięciu lub zgięciu w tkaninie wytwarza sygnał elektryczny. Kiedy pobliski hałas powoduje wibracje tkaniny, włókna piezoelektryczne przekształcają te wibracje w sygnał elektryczny, który może wychwycić dźwięk.
W swoim nowym badaniu naukowcy wywrócili pomysł do góry nogami, aby stworzyć głośnik materiałowy, który można wykorzystać do tłumienia fal dźwiękowych. Podanie sygnału elektrycznego do światłowodu piezoelektrycznego powoduje jego wibrację, generując dźwięk. Naukowcy zademonstrowali to, odtwarzając utwór „Air” Bacha przy użyciu kawałka jedwabiu o długości 130 mikrometrów zamontowanego na okrągłej ramie.
„Chociaż możemy używać tkanin do wydawania dźwięków, w naszym świecie jest już dużo hałasu. Pomyśleliśmy, że tworzenie ciszy może być bardziej wartościowe” – wyjaśnił Yang.
Aby umożliwić bezpośrednie tłumienie dźwięku, badacze wykorzystują głośnik wysokotonowy z jedwabiu, który emituje fale dźwiękowe, które w destrukcyjny sposób zakłócają niepożądane fale dźwiękowe. Kontroluje wibracje włókien piezoelektrycznych, dzięki czemu fale dźwiękowe wydobywające się z tkaniny przeciwdziałają niepożądanym falom dźwiękowym uderzającym w tkaninę, co może wytłumić hałas – ale ta technologia jest skuteczna tylko na niewielkim obszarze. Dlatego naukowcy wykorzystali ten pomysł do opracowania technologii wykorzystującej wibracje tkaniny do tłumienia dźwięku w znacznie większych obszarach, takich jak sypialnia.
Załóżmy, że twoi sąsiedzi oglądają w telewizji głośny program sportowy w środku nocy. Słyszysz hałas w swojej sypialni, ponieważ dźwięk w ich mieszkaniu powoduje wibrację wspólnej ściany, tworząc fale dźwiękowe po Twojej stronie.
Aby stłumić ten dźwięk, możesz położyć jedwabną tkaninę po swojej stronie wspólnej ściany i kontrolować wibracje włókien, aby zmusić tkaninę do pozostania w bezruchu. To tłumienie wibracji zapobiega przechodzeniu dźwięku przez tkaninę. „Jeśli potrafimy kontrolować te wibracje i zapobiegać ich występowaniu, możemy również zatrzymać powstający hałas” – dodał Yang.
Co zaskakujące, naukowcy odkryli, że trzymanie tkaniny powoduje odbijanie dźwięku przez tkaninę, w wyniku czego powstaje cienki kawałek jedwabiu, który odbija dźwięk jak lustro światło.
Ich eksperymenty wykazały również, że właściwości mechaniczne tkaniny i wielkość jej porów wpływają na efektywność generowania dźwięku. Chociaż jedwab i muślin mają podobne właściwości mechaniczne, mniejsze rozmiary porów jedwabiu sprawiają, że jest on lepszym wzmacniaczem niż tkanina.
Jednak efektywny rozmiar porów zależy również od częstotliwości fal dźwiękowych. Jeśli częstotliwość jest wystarczająco niska, nawet tkanina o stosunkowo dużych porach może działać skutecznie, powiedział Yang.
Kiedy przetestowali jedwabną tkaninę w trybie bezpośredniego tłumienia, naukowcy odkryli, że może ona znacznie zmniejszyć głośność dźwięków nawet o 65 decybeli (mniej więcej tak głośno, jak entuzjastyczna rozmowa ludzka). W trybie tłumienia drgań tkanina może zmniejszyć przenoszenie dźwięku nawet o 75%.
W przyszłości członkowie zespołu chcą zbadać możliwości wykorzystania swojej tkaniny do blokowania dźwięków wieloczęstotliwościowych. Prawdopodobnie wymagałoby to złożonego przetwarzania sygnału i dodatkowej elektroniki. Ich celem jest również zbadanie struktury tkaniny, aby sprawdzić, jak zmiana takich czynników, jak liczba włókien piezoelektrycznych, kierunek ich tkania lub przyłożone napięcie, może poprawić wydajność.
„Jest wiele pokręteł, którymi możemy obrócić, aby ten dźwiękoszczelny materiał był naprawdę skuteczny. Chcemy, aby ludzie pomyśleli o kontrolowaniu wibracji konstrukcyjnych w celu tłumienia dźwięku. To dopiero początek” – podsumował Yang.
„Nieuleczalny myśliciel. Miłośnik jedzenia. Subtelnie czarujący badacz alkoholu. Zwolennik popkultury”.
More Stories
Ys X: Nordics wyruszył na PC i tym razem od pierwszego dnia ma lokalny tryb współpracy
Włoska gwiazda rozpoczyna mecz Juventusu z Interem Mediolan po tym, jak stracił miejsce na rzecz byłego zawodnika Realu Madryt i weterana Man City
Nie mam pewności co do sterowania aparatem w iPhonie 16 – jest łatwe w obsłudze, ale niejednolite