麻省理工学院的研究人员开发了一种丝绸织物,可以实现噪声隔档和抑制。无需厚重的隔音材料,这种材料极其纤细,其厚度只有头发丝那么厚,用这种材料做成隔音帘,只需轻轻一拉你就可以不受噪音的干扰了。
这项研究论文发表在《Advanced Materials》(《先进材料》)杂志上,他们研究了传统织物作为声音发射器和抑制器的作用。
研究人员首先着手制造一种由丝绸、帆布和其他常见材料制成的纤维,它可以充当麦克风并放大声音。但是,随着他们的工作逐渐成形,他们意识到纤维也可以起到相反的作用——抑制噪音。
织物可以通过产生声波来干扰不需要的噪音并将其抵消(如图 C 所示),或者通过保持静止以抑制对声音传输至关重要的振动(如图 D 所示)来抑制声音。当连接到单股压电纤维致动器时,丝织物会发出高达70分贝的声音。通过比较织物分析,发现织物孔径相对于粘性边界层厚度会影响声发射效率。
研究中使用了两种不同的机制演示了声音抑制。
研究人员发现,他们可以通过两种方式有效阻挡声音——首先,向织物施加电压,使其振动,产生声波,有效阻挡噪音,就像降噪耳机的工作方式一样,依靠压电纤维来平息织物振动,可实现将振动波的振幅降低95%,并将传输的声音衰减高达75%
另一种也许更令人惊讶的方法是保持织物完全静止,以抑制传输声音的振动。直接声学干扰可将声音降低高达37dB。
振动介导的抑制是通过纤维激发的织物振动模式与外部声源激发的振动模式相匹配来实现的。在正确的相对相位下,当外部声波撞击织物时,能量不会传给织物,而是被反射回来。为了抑制来自多个源的多频声波,需要先进的信号处理和复杂的控制算法的开发,以便直接声学抑制和振动介导的抑制在现实场景中的应用是可行的。通过使用织物发射器系统的共同作用则可以在单个系统中使用不同尺寸和方向的多种纤维和织物来抑制更复杂的声音。将这种薄、轻且多孔的织物材料,可以转化为有效的声音发射器,用于各种声学应用,包括防止声音进入空间的有源屏障。
进一步研究发现利用这种振动介导的抑制原则上可以无限量地降低声音。另外还可以动态控制织物的声学反射率,最高可提高68%。
研究最终开发了一种类似于丝绸的新材料,可以通过加热材料并将其拉成纤维,成品厚度仅比人的头发丝粗一丁点。这种纤维可以像墙壁一样发挥作用,而在实体呈现上可以只是一个帘子。
虽然这种材料在具有非常完美的应用前景,但是从实验室走向市场产品还具有很多不确定性,另外其最终产品的市场价格和经济效益问题也会成为该材料能否真正应用到千家万户的决定因素。