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波士顿大学研发新声学超材料 在不阻挡气流的情况下使声音“静音”

来源:cnBeta.COM   更新时间:2019-03-12 14:14:27    

  在我们越来越嘈杂的世界里,很难找到一些安静的时间。现在,波士顿大学的一个机械工程师团队开发了一种新设备,专门设计用于阻挡高达94%的入射声波,同时仍让空气通过。

  当前的技术在阻止声音方面非常有效。音乐厅或录音室的墙壁上布满了厚厚的包层等,可以消除外界的噪音,较新的表面可以在一小部分空间内以相同的方式工作。但无论哪种方式,这都不会产生太大的气流。因此,波士顿团队着手设计一种声学超材料,可以有效地阻挡声音,而不会阻挡空气通过。

  研究人员表示:“声音是由空气中微小的干扰造成的。所以,我们的目标是让那些微小的振动‘沉默’。如果我们希望结构的内部是露天的,那么我们必须记住,这将是声音传播的途径。”

  他们的设计是一个3D打印的环形设备,它符合一些非常精确的数学标准。该形状专门设计用于干扰传入的声波,并使它们以它们来的方式反弹。外圈中的材料像螺旋一样盘绕,减少了可以通过开放中心的声音。

  为了测试这种设备,研究人员在PVC管的末端放置了一个原型,并将扬声器连接到另一端。扬声器通过管道发出白噪声,但从外面看,人耳听不见。当超材料被移除时,音调突然在整个房间回响。根据研究人员的说法,该设备能够阻挡94%的声音。

  “我们第一次放置和移除消音器的那一刻......实际上是白天和黑夜,”该研究的共同作者Jacob Nikolajczyk表示。“我们几个月来一直在计算机建模中看到这些结果 - 但在计算机上看到模拟的声压级是一回事,而另一个则是自己听到它的影响。”

  之前已经进行了类似的设计,包括一个可以将噪音降低30分贝的窗口,但是这个新窗口听起来更有效。其他人使用有源噪声消除技术,这种技术常见于耳机,但这需要电力和处理器来处理数字。未来这款新设备可能更适合更多地方。

  研究人员表示,在需要阻挡声音但气流不受阻碍的情况下,这种设备在现实世界中可以有很多应用。这些环可以放置在喷气发动机的排气口周围,无人机上的风扇下,或建筑物中的加热和冷却系统的通风口中。并且它也不一定必须是完全圆的。

  “我们可以将外形设计成立方体或六边形,任何真正的东西,”该研究的共同作者Reza Ghaffarivardavagh表示。“我们的结构非常轻巧、开放、美观。每件都可以用作瓷砖或砖块,以便扩大规模并建造一个可以消除声音的透水墙。”

  该研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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