據(jù)sciencedaily.com網(wǎng)站3月7日?qǐng)?bào)道，美國(guó)波士頓大學(xué)工程學(xué)院教授Xin Zhang和機(jī)械工程學(xué)博士生Reza Ghaffarivardavagh在《物理評(píng)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(guò)“完美”的數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)，具有環(huán)狀開(kāi)放結(jié)構(gòu)，可在切斷噪聲的同時(shí)保持空氣正常流動(dòng)。Ghaffarivardavagh說(shuō)：“目前使用的聲屏障主要是厚重的隔音壁，雖然它的確對(duì)噪音有阻隔作用，但當(dāng)空氣流通變得不可或缺時(shí)，這種笨重的方案就不適用了。例如，堵住噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口，雖然噪音消除了，但是飛機(jī)只能呆在地面。因此地勤人員只能佩戴厚重的耳塞來(lái)免受噪音之苦。”
Ghaffarivardavagh和Zhang通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，找到了解決方案。他們對(duì)聲學(xué)超材料的尺寸和規(guī)格進(jìn)行了計(jì)算，希望能找到一種開(kāi)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(shuō)，設(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)果，他們采用3D打印技術(shù)，用塑料制作了一個(gè)開(kāi)放式的降噪結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。Zhang等在PVC管兩端分別固定了揚(yáng)聲器和聲學(xué)超材料。當(dāng)他們按下播放鍵，揚(yáng)聲器竟然“安靜”地啟動(dòng)了。單憑人的聽(tīng)覺(jué)，根本不會(huì)知道揚(yáng)聲器正在發(fā)出刺耳的高音。論文作者之一、Zhang實(shí)驗(yàn)室前成員Jacob Nikolajczyk說(shuō)：“雖然我們一直能在電腦模型中看到類似結(jié)果，但實(shí)際情況還是讓我們大吃一驚。”
通過(guò)對(duì)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(jī)的有效性被證實(shí)，研究人員對(duì)他們?cè)O(shè)計(jì)的隔音材料如何讓現(xiàn)實(shí)世界變得更加安靜有了更多想法。Zhang說(shuō)：“無(wú)人機(jī)是一個(gè)非常熱門的話題。類似亞馬遜這樣的大公司對(duì)使用無(wú)人機(jī)送貨很感興趣，但客戶對(duì)無(wú)人機(jī)帶來(lái)的潛在噪音頗有微詞。”Ghaffarivardavagh解釋說(shuō)：“罪魁禍?zhǔn)资菬o(wú)人機(jī)渦扇的運(yùn)轉(zhuǎn)。如果我們能將開(kāi)放的消音結(jié)構(gòu)設(shè)置在無(wú)人機(jī)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(duì)減少交通噪音污染使用的隔音屏障進(jìn)行美學(xué)升級(jí)。由于材料可以3D打印成型，隔音材料的形狀可以進(jìn)行定制。例如將其做成立方體或六邊形，進(jìn)而組裝成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的透明隔音墻。Zhang說(shuō)：“這樣的墻可以有效控制多種類型的噪音。它甚至對(duì)核磁共振成像機(jī)的噪音也能有很好的控制效果。”
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