超材料在不阻碍空气流动的情况下阻挡噪音

波士顿大学开发的新型声学超材料可以阻挡94%的噪音，但仍允许空气流动。有时世界可能是一个嘈杂的地方，特别是在大城市，交通，汽车警报，过往喷气机和城市生活的一般嗡嗡声似乎震耳欲聋。虽然已经存在一些淹没或包含声音的解决方案，但它们通常也会阻止气流，这可能限制某些应用，例如喷气发动机。他们说，现在波士顿大学的机械工程师开发出一种新的超材料，可以阻挡94%的噪音，但仍允许空气流动，解决当前噪音消除解决方案的一个关键问题。

“[当前]解决方案主要是基于管道的，并且往往具有较大的物理足迹，”负责该研究的工程学院的多学科教授张鑫告诉设计新闻。“在我们的工作中，我们设计了一种超开式消声器，可以在保持有效通风的同时消除不需要的声波。”张和研究生Reza Ghaffarivardavagh一起参与了这个项目，他们的灵感来自于他们自己在各个城市生活的经验，以开发超材料，并利用他们在数学方面的共同专业知识为他们的工作提供信息。

在新材料中 - 基本上是开放的，环状结构 - “消音器性能具有频率选择性和周期性，因此，可以作为一种有前途的解决方案，用于消除各种来源的音调机械噪声，如风扇噪音， “张说。还有一个选项可以设计消音材料，“深亚波长尺寸的砖或瓦片形式的静音'墙'选择性地消除不需要的声音，”他说。

研究人员说，材料开发的关键在于它们本身不是一个屏障，而是一个开放的管道，基于消除空气中产生声音的微小干扰。为了开发超材料，研究人员计算了他们需要具有的尺寸和规格，以便干扰传播的声波，防止声音 - 但不是空气 - 通过开放结构辐射，张说。他们的计算基于这样一个前提：超材料需要以这样的方式塑造，即它将传入的声音发送回它们来自的地方。

“在我们的研究中，重点是实现消音，同时保留主导的中央开口，即使在强制通风的情况下也能确保性能，”他解释说。“值得注意的是，我们的结构的静音性能是窄带和周期性的......但它是一种很有希望的音调噪声抑制解决方案。”

为了测试他们的解决方案，研究人员创造了一种可以使扬声器声音静音的结构。根据他们的计算，他们模拟了最有效地消除噪音的物理尺寸，并使用3D打印以塑料制成的开放式降噪结构的形式实现了这个模型。为了测试他们建造的效果，团队将扬声器密封到PVC管的一端，另一端将定制的声学超材料固定在开口中。

他们打开扬声器发出高亢的音符;然而，超材料在管口内部周围响起，像一个静音按钮一样工作。研究人员表示，当其中一名研究人员将其释放后，只有这样，该团队才能听到发言人讨厌的尖叫声。研究人员发现，通过比较固定和不固定超材料的声级，研究人员发现它们可以使静音几乎全部静音 - 与噪声完全相同，使扬声器发出的声音不易被人耳发出。该团队在物理评论B期刊上发表了一篇关于他们工作的论文。

虽然目前的设计可以最好地用于取消具有“特征音调噪音的应用，例如风扇或恒定RPM转子和螺旋桨”，张说，工作本身可以扩展到许多其他应用程序，以阻止声音“几乎任何东西。”我们现在正致力于宽带设计，以及可调模型，开辟了新的可能性和应用，”他告诉设计新闻。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城，旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间，她喜欢冲浪，旅游，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。