Næste gang du er på en restaurant eller et kontor eller lufthavnen, skal du kigge op i loftet. Du ser måske skylignende cirkulære paneler eller ribber i skumfliser eller minimalistiske trælister eller hængende bannere, der ligner sejl, eller bare de allestedsnærværende grålige rektangler fra alle gymnasiekafeterier i Amerika. Selvom de måske er æstetisk tiltalende (eller ikke), er disse materialer faktisk designet til at absorbere lyd og gøre rummet mere støjsvage.
Vi bemærker måske ikke, men meget af vores miljø er faktisk bygget eller designet til at reducere støj fra den moderne verden. Tykke gardiner hjælper dig med at skabe hysen i smarte advokatkontorer. Tunge trædøre holder nogle af gaden støj fra huse.
Nu har forskere fra Boston University skabt en ny type materiale, der kan blokere lyd, mens det giver mulighed for luftstrøm. Det er det, der er kendt som et "metamateriale" - et materiale, der er konstrueret til at have egenskaber, der ikke findes i naturen. Det lille spiralformede mønster af plast inde i den ringformede skal sender indgående lydbølger tilbage til deres oprindelse og blokerer derved lyd, men ikke luft.
”Spørgsmålet om, hvorvidt vi kan stille lydbølger, mens vi opretholder luftstrømmen, har inspireret forskersamfundet i årtier, ” siger Xin Zhang, professor ved Boston University's College of Engineering, som var medledende af projektet og medforfatter til et papir om materialet der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review B.
Tilladelse af luftstrøm er nøglen til nogle potentielle anvendelser for materialet. Du kan ikke lægge et traditionelt lyddæmpende materiale på en jetmotor eller en drone og stadig lade det flyve. Men det nye 3D-trykte metamateriale kan potentielt bruges til at begrænse støj fra fly, ventilatorer og HVAC-systemer uden at forstyrre luftstrømmen.
Det donutformede design af materialet er potentielt "meget nyttigt", siger Kathryn Matlack, professor i mekanisk videnskab og teknik ved University of Illinois i Urbana-Champaign, der studerer akustiske metamaterialer, da "de fleste lyddæmpende materialer er solide og forhindre luftstrøm. ”
For at teste metamaterialet i laboratoriet forsøgte Boston University-forskerne at stille en højttaler. De forseglede højttaleren til den ene ende af et PVC-rør og fastgjorde en ring af metamaterialet til den anden. Så ramte de leg.
Stilhed.
Når man kiggede ind i PVC-røret, kunne de se højttalerens subwoofere bankende. Men de kunne ikke høre noget. Materialet blokerede ved deres beregninger 94 procent af lyden.
Det var som at trykke på “mute” -knappen, sagde forskerne.
En ring af metamaterialet (BU. Foto af Cydney Scott). Metamaterialet er også billigt at fremstille og let, siger Reza Ghaffarivardavagh, en ph.d.-studerende i maskinteknik ved Boston University.
”Disse funktioner åbner muligheder for nye og spændende applikationer, ” siger han.
Materialet kunne reducere støj fra en MR-maskine, sommetider sammenlignet med en jackhammer. Det kunne bruges som en lydbarriere mod trafik. Det kan også bruges i stedet for traditionelle lydisoleringsmaterialer som akustisk flise eller gardiner. Den ydre form behøver ikke at være en ring; det kan være alt fra en hexagon til en firkant, så klienterne potentielt kan bestille æstetisk behagelige tilpassede lydvægge til restauranter eller teatre.
En mere støjsvag verden er ikke bare mere afslappende. Det kan også være sundere. Der er voksende bevis for, at ”miljøstøjforurening” har negative effekter på vores krop og sind, hvilket øger risikoen for alt fra hjertesygdom til kognitiv svækkelse. Sidste år frigav Verdenssundhedsorganisationen retningslinjer til støtte for beslutningstagere i reduktion af miljøstøj fra kilder som biler, tog og vindmøller. Overdreven støj er også dårligt for ikke-menneskelige dyr. Løbende forskning undersøger, hvordan støjforurening reducerer den biologiske mangfoldighed.
Zhang siger, at metamaterialet har skabt interesse fra en række organisationer på tværs af forskellige brancher, herunder fremstilling, energi og bilfremstilling.
”Vi arbejder nu på at tackle levedygtigheden af hver potentiel applikation og projekt, ” siger hun. ”Jeg håber, at vi vil se en kommerciel anvendelse i en eller anden form inden for de næste par år.”
