BU研究人員3D打印'聲學(xué)超材料',在不阻擋氣流的情況下消聲
魔猴君 行業(yè)資訊 2067天前
波士頓大學(xué)的一個機械工程師團(tuán)隊表示,可以使用開放的環(huán)狀結(jié)構(gòu)來消除噪音,這種結(jié)構(gòu)是數(shù)學(xué)上完美的規(guī)格,可以在保持氣流的同時切斷聲音。他們開發(fā)了一種新設(shè)備,專門設(shè)計用于阻擋高達(dá)94%的入射聲波,同時仍讓空氣通過。
Reza Ghaffarivardavagh(ENG)(前中心)在他的耳朵上有兩個開放的環(huán)狀結(jié)構(gòu),而Stephan Anderson(MED)(左),Xin Zhang(ENG)(后方中心)和Jacob Nikolajczyk(ENG)(右)測試消聲。攝影:Cydney Scott
盡管減少噪音的路障(稱為隔音擋板)可以幫助淹沒交通高峰時段的嗖嗖聲或在音樂廳墻內(nèi)包含音樂的交響樂,但它們是一種笨重的方法,不適合氣流通過。研究人員說:“聲音是由空氣中微小的干擾造成的?!?“所以,我們的目標(biāo)是讓那些微小的振動沉默。如果我們希望的結(jié)構(gòu)內(nèi)部是中空的,那么我們必須記住,這將是聲音傳播的途徑。”
他們計算了超材料為了干擾傳播的聲波需要具有的尺寸和規(guī)格,防止聲音,而不是空氣,通過開放結(jié)構(gòu)輻射。他們說,基本前提是超材料需要以這樣一種方式塑造,即將傳入的聲音發(fā)回到它們來自的地方。作為測試案例,他們決定創(chuàng)建一種可以使揚聲器聲音靜音的結(jié)構(gòu)。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。然后他們使用3D打印創(chuàng)建了一個由塑料制成的開放式降噪結(jié)構(gòu)。
據(jù)魔猴網(wǎng)了解,這種數(shù)學(xué)設(shè)計的3D打印聲學(xué)超材料的形狀使得它可以將傳入的聲音發(fā)回到它們來自的地方。在外圈內(nèi)部,螺旋形圖案干擾聲音,阻止它們通過開放中心傳播,同時保持空氣流過的能力。攝影:Cydney Scott
為了測試該設(shè)備,研究人員將揚聲器密封在PVC管的一端。另一方面,將定制的聲學(xué)超材料固定在開口中。揚聲器通過管道吹出了一個音調(diào),但是從外面聽到了人耳聽不見的聲音。圍繞管口內(nèi)部周邊的超材料,就像一個靜音按鈕一樣,直到研究人員向下伸展并拉開它的那一刻。實驗室突然響起了揚聲器的聲音尖叫聲。通過比較固定和不固定超材料的聲級,該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠阻擋94%的聲音。
現(xiàn)在他們的原型已經(jīng)證明是如此有效,研究人員對于他們的聲學(xué)沉默超材料如何開始工作使現(xiàn)實世界更安靜有一些重要的想法。“無人機是一個非常熱門的話題,像亞馬遜這樣的公司有興趣使用無人機來提供貨物,人們總是抱怨它帶來的噪音。我們有辦法消除它?!?
該研究發(fā)表在“物理評論”雜志上。