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行业资讯 | 消除噪音如此容易:新型声学超材料可屏蔽94%的声音
         发布时间:2019-04-18 点击数:288

  据sciencedaily.com网站3月7日报道,美国波士顿大学工程学院教授Xin Zhang和机械工程学博士生Reza Ghaffarivardavagh在《物理评论B辑》(Physical Review B)杂志发文介绍了一种可以屏蔽噪音的新型声学超材料。该材料经过“完美”的数学设计,具有环状开放结构,可在切断噪声的同时保持空气正常流动。Ghaffarivardavagh说:“目前使用的声屏障主要是厚重的隔音壁,虽然它的确对噪音有阻隔作用,但当空气流通变得不可或缺时,这种笨重的方案就不适用了。例如,堵住喷气式发动机的排气口,虽然噪音消除了,但是飞机只能呆在地面。因此地勤人员只能佩戴厚重的耳塞来免受噪音之苦。”

  Ghaffarivardavagh和Zhang通过数学计算,找到了解决方案。他们对声学超材料的尺寸和规格进行了计算,希望能找到一种开放式结构,既能干扰声波传输,也不妨碍空气流通。Zhang等介绍说,设计的基本前提是,这种超材料能够将传入的声音送回声源处。

  根据计算结果,他们采用3D打印技术,用塑料制作了一个开放式的降噪结构并进行了室内实验。Zhang等在PVC管两端分别固定了扬声器和声学超材料。当他们按下播放键,扬声器竟然“安静”地启动了。单凭人的听觉,根本不会知道扬声器正在发出刺耳的高音。论文作者之一、Zhang实验室前成员Jacob Nikolajczyk说:“虽然我们一直能在电脑模型中看到类似结果,但实际情况还是让我们大吃一惊。”

  通过对比,研究人员发现声学超材料几乎可以阻隔94%的噪音。随着原型机的有效性被证实,研究人员对他们设计的隔音材料如何让现实世界变得更加安静有了更多想法。Zhang说:“无人机是一个非常热门的话题。类似亚马逊这样的大公司对使用无人机送货很感兴趣,但客户对无人机带来的潜在噪音颇有微词。”Ghaffarivardavagh解释说:“罪魁祸首是无人机涡扇的运转。如果我们能将开放的消音结构设置在无人机涡扇下方,那么就能有效抵消其向地面辐射的噪音。家用空调系统也可由此受益,声学超材料既可以使空调系统保持安静,又能使冷/热空气在建筑内部自由流通。”

  Ghaffarivardavagh和Zhang还指出,声学超材料可以对减少交通噪音污染使用的隔音屏障进行美学升级。由于材料可以3D打印成型,隔音材料的形状可以进行定制。例如将其做成立方体或六边形,进而组装成蜂窝状结构的透明隔音墙。Zhang说:“这样的墙可以有效控制多种类型的噪音。它甚至对核磁共振成像机的噪音也能有很好的控制效果。”

吸音材料

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