乒乓球絕緣體可以阻擋噪音

研究人員利用聲學原理來隔絕噪聲汙染

Illustration of a person with a paddle bouncing a ball, with the same balls sitting in their ears.

托馬斯·福克斯

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持續的城市噪音長期健康問題有關,但很難將其阻擋在家居和企業之外;交通和建築等低頻聲音很容易穿透牆壁和其他固體材料。昂貴、專業的鑲板可以有所幫助,但發表在《應用物理學雜誌》上的一項新研究表明,日常材料和巧妙的物理學原理也可以解決這個問題,利用有策略地刺有針孔的乒乓球創造出一種隔音裝置。

法國里爾大學的聲學研究員羅賓·薩巴特一直在嘗試透過研究聲波在空腔中如何反彈來改進隔音效果。當聲波穿過這種空間中的開口時,聲波會擠壓和釋放內部的空氣。這使得空氣以特定的頻率振動,具體頻率取決於空腔的大小、形狀以及可能存在的任何孔洞(就像對著瓶口吹氣會發出嗡嗡聲一樣,音調取決於瓶子的大小)。如果空腔以適當的方式構建,內部反彈的聲波將相互抵消,從而減弱噪音。

薩巴特選擇乒乓球作為一種低成本的選擇,其幾何特性可以在正確的低頻範圍內產生共振。透過在每個球上鑽五個孔,她的團隊將它們變成了共振腔,每個共振腔都可以從周圍的噪音中過濾掉一個頻段。


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但是,將共振球組合起來以抑制大範圍的聲音是很棘手的,因為聲波會相互作用並影響哪些頻率被抑制。為了找到合適的排列方式,研究人員在兩個球內放置了麥克風,並調整了孔的位置和大小,直到組合能夠捕獲多個頻段。他們新增並調整了更多的球,直到該結構吸收了廣泛的頻率。

薩巴特說:“完美地對齊孔洞需要一些練習。”她的團隊將 90 個球固定在一張有機玻璃板上,與單獨的有機玻璃表面相比,低頻聲音在另一側聽到的聲音減少了高達 50%。

英格蘭索爾福德大學的聲學研究員奧爾加·烏姆諾娃說:“該設計提供了出色的聲音衰減,即使在 500 赫茲以下(與長期健康影響最相關的範圍)也是如此。”她沒有參與這項新研究。她補充說,與更簡單的選擇(例如用氣隙隔開的有機玻璃板)進行系統的、真實世界的比較將是重要的下一步。計算機模擬估計,與單獨的氣隙相比,乒乓球鑲板可將聲音衰減提高 30%。

薩巴特的團隊希望對新技術進行低技術調整,也有助於實現其他聲學目標,例如聚焦聲波以提高音樂廳的音質。

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