據(jù)sciencedaily.com網(wǎng)站3月7日報道，美國波士頓大學(xué)工程學(xué)院教授Xin Zhang和機械工程學(xué)博士生Reza Ghaffarivardavagh在《物理評論B輯》（Physical Review B）雜志發(fā)文介紹了一種可以屏蔽噪音的新型聲學(xué)超材料。該材料經(jīng)過“完美”的數(shù)學(xué)設(shè)計，具有環(huán)狀開放結(jié)構(gòu)，可在切斷噪聲的同時保持空氣正常流動。Ghaffarivardavagh說：“目前使用的聲屏障主要是厚重的隔音壁，雖然它的確對噪音有阻隔作用，但當(dāng)空氣流通變得不可或缺時，這種笨重的方案就不適用了。例如，堵住噴氣式發(fā)動機的排氣口，雖然噪音消除了，但是飛機只能呆在地面。因此地勤人員只能佩戴厚重的耳塞來免受噪音之苦。”
Ghaffarivardavagh和Zhang通過數(shù)學(xué)計算，找到了解決方案。他們對聲學(xué)超材料的尺寸和規(guī)格進行了計算，希望能找到一種開放式結(jié)構(gòu)，既能干擾聲波傳輸，也不妨礙空氣流通。Zhang等介紹說，設(shè)計的基本前提是，這種超材料能夠?qū)魅氲穆曇羲突芈曉刺帯?/p>
根據(jù)計算結(jié)果，他們采用3D打印技術(shù)，用塑料制作了一個開放式的降噪結(jié)構(gòu)并進行了室內(nèi)實驗。Zhang等在PVC管兩端分別固定了揚聲器和聲學(xué)超材料。當(dāng)他們按下播放鍵，揚聲器竟然“安靜”地啟動了。單憑人的聽覺，根本不會知道揚聲器正在發(fā)出刺耳的高音。論文作者之一、Zhang實驗室前成員Jacob Nikolajczyk說：“雖然我們一直能在電腦模型中看到類似結(jié)果，但實際情況還是讓我們大吃一驚。”
通過對比，研究人員發(fā)現(xiàn)聲學(xué)超材料幾乎可以阻隔94%的噪音。隨著原型機的有效性被證實，研究人員對他們設(shè)計的隔音材料如何讓現(xiàn)實世界變得更加安靜有了更多想法。Zhang說：“無人機是一個非常熱門的話題。類似亞馬遜這樣的大公司對使用無人機送貨很感興趣，但客戶對無人機帶來的潛在噪音頗有微詞。”Ghaffarivardavagh解釋說：“罪魁禍?zhǔn)资菬o人機渦扇的運轉(zhuǎn)。如果我們能將開放的消音結(jié)構(gòu)設(shè)置在無人機渦扇下方，那么就能有效抵消其向地面輻射的噪音。家用空調(diào)系統(tǒng)也可由此受益，聲學(xué)超材料既可以使空調(diào)系統(tǒng)保持安靜，又能使冷/熱空氣在建筑內(nèi)部自由流通。”
Ghaffarivardavagh和Zhang還指出，聲學(xué)超材料可以對減少交通噪音污染使用的隔音屏障進行美學(xué)升級。由于材料可以3D打印成型，隔音材料的形狀可以進行定制。例如將其做成立方體或六邊形，進而組裝成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的透明隔音墻。Zhang說：“這樣的墻可以有效控制多種類型的噪音。它甚至對核磁共振成像機的噪音也能有很好的控制效果。”
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