Исследователи спроектировали звук, подавляющий звук шелка, чтобы уменьшить передачу шума в большой комнате

Образцы шелковой ткани а) в висящем состоянии и б), установленном в круглой раме.Кредит: передовые материалы (2024).Doi: 10.1002/adma.202313328

Чтобы пробиться через DIN, междисциплинарное сотрудничество исследователей из MIT и других мест разработало звуковой шелковую ткань, которую можно было бы использовать для создания тихих пространств.Открытый доступный документ об исследовании появляется в передовых материалах.

Ткань, которая едва толще человеческих волос, содержит специальное волокно, которое вибрирует при нанесении напряжения.Исследователи использовали эти вибрации, чтобы подавлять звук двумя разными способами.

В одном из них вибрирующая ткань генерирует звуковые волны, которые мешают нежелательному шуму, чтобы отменить его, похожие на наушники с шумоподавлением, которые хорошо работают в небольшом пространстве, как ваши уши, но не работают в больших корпусах, таких как комнаты или самолеты.

В другой, более удивительной технике, ткань остается все еще для подавления вибраций, которые являются ключом к передаче звука.Это предотвращает передачу шума через ткань и успокаивает объем.Этот второй подход позволяет снизить шум в гораздо более крупных помещениях, таких как комнаты или автомобили.

Используя общие материалы, такие как шелк, холст и муслин, исследователи создали ткани, подавляющие шум, которые были бы практичными для реализации в реальных пространствах.Например, можно использовать такую ткань, чтобы сделать разделители в открытых рабочих пространствах или тонких тканевых стенах, которые предотвращают пройти звук.

«Шум гораздо проще создавать, чем тихо.говорит Йоэль Финк, профессор департаментов материаловедения, инженерии, электротехники и компьютерных наук, исследовательская лаборатория главного исследователя электроники и старший автор статьи о ткани.

Ведущий автор исследования - Грейс (Ноэль) Ян.Соавторами являются аспиранты MIT Taigyu Joo, Hyunheee Lee, Henry Cheung, Yongyi Zhao и другие.

Шелк, подавляющий звук, создает предыдущую работу группы по созданию тканевых микрофонов.

В этом исследовании они сшили одну прядь пьезоэлектрического волокна в ткань.Пьезоэлектрические материалы производят электрический сигнал при сжатии или согнутом.Когда ближайший шум заставляет ткань вибрировать, пьезоэлектрическое волокно преобразует эти вибрации в электрический сигнал, который может захватить звук.

В новой работе исследователи перевернули эту идею, чтобы создать громкоговоритель ткани, который можно использовать для отмены звуковых волн.

«Хотя мы можем использовать ткань для создания звука, в нашем мире уже так много шума. Мы думали, что создание молчания может быть еще более ценным», - говорит Ян.

Применение электрического сигнала к пьезоэлектрическому волокну заставляет его вибрировать, что генерирует звук.Исследователи продемонстрировали это, сыграв «воздух» Баха, используя 130-микрометр шелкового листа, установленного на круглой раме.

Чтобы обеспечить прямое подавление звука, исследователи используют громкоговоритель шелковой ткани для излучения звуковых волн, которые разрушительно мешают нежелательным звуковым волнам.Они контролируют вибрации пьезоэлектрического волокна, так что звуковые волны, излучаемые тканью, противоположны нежелательным звуковым волнам, которые ударяют по ткани, что может отменить шум.

Тем не менее, этот метод эффективен только на небольшой области.Таким образом, исследователи создали эту идею для разработки техники, которая использует вибрации ткани для подавления звука в гораздо больших областях, таких как спальня.

Допустим, ваши ближайшие соседи играют в Foosball посреди ночи.Вы слышите шум в своей спальне, потому что звук в их квартире приводит к вибрированию вашей общей стены, что образует звуковые волны на вашей стороне.

Чтобы подавить этот звук, исследователи могут поместить шелковую ткань на вашу сторону общей стены, контролируя вибрации в волокне, чтобы заставить ткань оставаться неподвижным.Это опосредованное вибрацией подавление предотвращает передачу звука через ткань.

«Если мы сможем контролировать эти вибрации и остановить их от того, что мы можем остановить генерируемый шум», - говорит Ян.

Удивительно, но исследователи обнаружили, что удержание ткани по -прежнему вызывает отражение звука из -за ткани, что приводит к тонкому кусочке шелка, который отражает звук, как зеркало, со светом.

Их эксперименты также показали, что как механические свойства ткани, так и размер ее пор влияют на эффективность генерации звука.В то время как шелк и муслин обладают сходными механическими свойствами, меньшие размеры пор у шелка делают его лучшим громкоговорителем ткани.

Но эффективный размер пор также зависит от частоты звуковых волн.По словам Янга, если частота достаточно низкая, даже ткань с относительно большими порами может функционировать.

Когда они протестировали шелковую ткань в режиме прямого подавления, исследователи обнаружили, что она может значительно уменьшить объем звуков до 65 децибел (примерно так же громко, как и энтузиазм Human Lrnч).В режиме подавления, опосредованной вибрацией, ткань может снизить передачу звука до 75 процентов.

По словам Финка, эти результаты были возможны только из -за надежной группы сотрудников.Аспиранты в Школе дизайна Род -Айленда помогли исследователям понять детали построения тканей;Ученые из Висконсинского университета в Мэдисоне провели симуляции;Исследователи из Университета Case Western Reserve охарактеризовали материалы;А инженеры по химическим веществам в группе Смита в MIT использовали свой опыт в разделении газовых мембраны для измерения потока воздуха через ткань.

Двигаясь вперед, исследователи хотят изучить использование своей ткани, чтобы блокировать звук нескольких частот.Это, вероятно, потребует сложной обработки сигналов и дополнительной электроники.

Кроме того, они хотят дополнительно изучить архитектуру ткани, чтобы увидеть, как меняющиеся вещи, такие как количество пьезоэлектрических волокон, направление, в котором они сшиты, или приложенные напряжения могут улучшить производительность.

«Есть много ручек, которые мы можем повернуть, чтобы сделать эту ткань, подавляющую звук действительно эффективной. Мы хотим, чтобы люди думали о контроле структурных вибраций, чтобы подавить звук. Это только начало»,-говорит Ян.

Больше информации: Грейс Х. Ян и др., Однослойные шелковые и хлопковые ткани для акустического излучения и активного подавления звука, передовые материалы (2024).Doi: 10.1002/adma.202313328