我们生活在一个非常嘈杂的世界。从窗外车辆的嗡嗡声，到隔壁邻居电视的嘈杂声，再到同事隔间的声音，讨厌的噪音仍然是一个严重的问题。
为了消除噪音，麻省理工学院和其他地方的研究人员进行了跨学科合作，开发了一种消音丝绸织物，可以用来创造安静的空间。一篇关于这项研究的开放获取论文发表在《先进材料》杂志上。
这种织物仅比人的头发厚一点，它含有一种特殊的纤维，当施加电压时它会振动。研究人员利用这些振动以两种不同的方式抑制声音。
其中一种是，振动的织物产生声波，干扰不必要的噪音，从而消除它，类似于降噪耳机，它在耳朵这样的小空间里工作得很好，但在房间或飞机这样的大空间里就不起作用了。
在另一项更令人惊讶的技术中，织物被静止以抑制振动，而振动是声音传播的关键。这可以防止噪音通过织物传播，并使音量降低。第二种方法允许在更大的空间，如房间或汽车中减少噪音。
通过使用丝绸、帆布和平纹棉布等常见材料，研究人员创造了一种可以在现实世界中应用的降噪织物。例如，人们可以使用这种织物在开放的工作空间或薄织物墙中制作隔板，以防止声音通过。
“制造噪音比制造安静容易得多。事实上，为了防止噪音，我们在厚厚的墙壁上留出了很多空间。[第一作者]格蕾丝的工作提供了一种用薄织物创造安静空间的新机制，”材料科学与工程系、电子工程与计算机科学系教授约尔·芬克说，他是电子学研究实验室的首席研究员，也是一篇关于织物的论文的高级作者。
该研究的主要作者是格蕾丝(诺埃尔)杨。合著者包括麻省理工学院的研究生Taigyu Joo、Hyunhee Lee、Henry Cheung和Yongyi Zhao等人。
柔滑的沉默
这种抑制声音的丝绸是该小组之前制造织物麦克风的工作的基础。
在这项研究中，他们将一股压电纤维缝进织物中。压电材料在受到挤压或弯曲时会产生电信号。当附近的噪音引起织物振动时，压电纤维将这些振动转化为电信号，从而可以捕获声音。
在这项新研究中，研究人员颠覆了这个想法，创造了一种可以用来抵消声波的织物扬声器。
“虽然我们可以用织物来制造声音，但我们的世界已经有太多的噪音了。我们认为创造沉默可能更有价值。”
对压电纤维施加电信号使其振动，从而产生声音。研究人员通过在圆形框架上安装130微米的丝绸片来演奏巴赫的“空气”来证明这一点。
为了实现直接的声音抑制，研究人员使用丝绸织物扬声器发出声波，对不需要的声波进行破坏性干扰。它们控制压电纤维的振动，这样织物发出的声波就会与不需要的声波相反，从而抵消噪音。
然而，这种技术只在小范围内有效。因此，研究人员基于这个想法开发了一种技术，利用织物振动来抑制更大区域(如卧室)的声音。
假设你的邻居在半夜玩桌上足球。你在卧室里听到噪音是因为他们公寓里的声音引起你们共用的墙振动，从而在你这边形成声波。
为了抑制这种声音，研究人员可以把丝绸织物放在共用墙的一侧，控制纤维中的振动，迫使织物保持静止。这种以振动为媒介的抑制可以防止声音通过织物传播。
“如果我们能够控制这些振动并阻止它们的发生，我们也可以阻止产生的噪音，”杨说。
声音的镜子
令人惊讶的是，研究人员发现，拿着织物仍然会使声音被织物反射，从而形成一片薄丝绸，像镜子反射光线一样反射声音。
他们的实验还表明，织物的机械性能和孔隙的大小都会影响声音的产生效率。虽然丝绸和细布具有相似的机械性能，但丝绸较小的孔隙尺寸使其成为更好的织物扬声器。
但有效孔径也取决于声波的频率。杨说，如果频率足够低，即使是毛孔相对较大的织物也能有效地发挥作用。
当他们在直接抑制模式下测试丝绸织物时，研究人员发现它可以显着减少高达65分贝的声音(大约和人类热情的谈话一样大)。在以振动为媒介的抑制模式下，这种织物可以减少75%的声音传播。
芬克说，这些结果只有在一群强有力的合作者的帮助下才有可能实现。罗德岛设计学院的研究生帮助研究人员了解构造织物的细节;威斯康星大学麦迪逊分校的科学家进行了模拟;凯斯西储大学的研究人员对材料进行了表征;麻省理工学院史密斯集团的化学工程师利用他们在气膜分离方面的专业知识来测量通过织物的气流。
展望未来，研究人员希望探索使用他们的织物来阻挡多频率的声音。这可能需要复杂的信号处理和额外的电子设备。
此外，他们还想进一步研究这种织物的结构，看看改变压电纤维的数量、缝纫方向或施加的电压等因素是如何提高性能的。
“我们可以通过很多方法使这种消音织物真正有效。我们想让人们考虑控制结构振动来抑制声音。这仅仅是个开始。”
更多信息:Grace H. Yang等，声发射和主动声抑制的单层丝绸和棉织织物，先进材料(2024)。DOI: 10.1002 / adma.202313328期刊信息:先进材料由麻省理工学院提供
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引用:研究人员设计了抑制声音的丝绸来减少大房间里的噪音传播(2024年，5月7日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
