世界變得超安靜:工程師開發隔絕 94% 聲音的聲學超材料設備

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 26 日 13:46 | 分類 尖端科技 , 材料 , 材料、設備 follow us in feedly


城市噪音令人不舒服,雖然隔音板、氣密窗是不錯的隔音工具,但也可能造成氣流不通。有沒有一種結構在隔絕噪音的同時,又能保持空氣與光線暢通?有,就是波士頓大學機械工程師現在開發出的新型聲學超材料設備,能維持空氣流通但擋掉 94% 聲音。

雖然大自然有美妙的鳥叫蟲鳴聲,可惜生活在市區的我們,更多時間只會被街上呼嘯而過的汽機車引擎喇叭聲刺激耳膜,你想尋處僻靜,就得往室內或人煙稀少的地方鑽;又或室內音樂廳、演講廳雖然隔音效果相當好,但缺點是空氣不流通,就算開空調也容易讓人昏昏欲睡。

我們能奢望有一種設備,既可隔絕噪音、又讓空氣處於開放流通狀態嗎?波士頓大學的機械工程師以實力證明:這項原型已成功誕生了。

▲ 內緣中空卻可以隔絕九成以上聲音的神奇超材料設備。

為了實現願景,研究人員將目光放在超材料(Metamaterial),這是一種自然界不存在的人造材料,擁有很特別的性質,比如讓光、電磁波改變它們的通常性質,而團隊針對聲音屏障研發的材料,屬於相對新興的聲學超材料(acoustic metamaterial)。

如果要讓空氣流通,那麼設備結構必須中空設計,研究人員以數學與電腦模擬算出精準角度的環形結構,可干擾傳入的聲波並加以反彈,聲音實際上並沒有離奇消失,只是遠離了你的耳朵。

接著以 3D 列印技術將這個看起來像甜甜圈的設備印出來,團隊開始測試,首先把音響與 PVC 管一端密合相接,PVC 管另一端放上中空的超材料設備,接著讓音響發出高音頻噪音看看會發生什麼事。如下方影片示範,研究成果令人印象深刻:高音頻噪音竟然降低了 94%,基本上人耳聽不太到任何噪音,直到影片 16 秒處研究人員將設備移開,你才知道音響原本發出的高音頻噪音有多麼可怕。

更厲害的一點,這種超材料設備形狀可以任意變化,不一定只能做圓形,也可以設計成立方體、六邊形或任何形狀,新技術相當有前景。研究人員表示,第一可以應用在暖通空調系統,既能讓熱空氣或冷空氣在整個建築物內暢通循環,又能大幅減少機器衍生的噪音;第二可做成人行道或車道旁的磚塊,不僅消除雜音,還能透光透水。

論文發表在《物理評論》(Physical Review)期刊。

(圖片來源:波士頓大學