絲綢振動簾幕可以抑制噪音汙染

刺耳且不需要的聲音幾乎無處不在。世界衛生組織表示，噪音汙染在全球範圍內衝擊著數億人，導致壓力、睡眠問題甚至心血管疾病。任何被叮噹響的 Jackhammer 或隆隆作響的垃圾車吵醒的人都知道，家並不總是避難所。當聲波（壓力的機械脈衝）撞擊牆壁和窗戶等表面並引起振動時，噪音汙染會傳入建築物並在房間之間傳播。這些振動隨後會在結構的內部產生更多的聲波。雖然泡沫絕緣材料和其他抑制材料可以透過減弱牆壁中的振動來抵消部分噪音，但它們通常體積龐大且不美觀。

一種由蠶絲製成的隔音片，更纖薄、更便攜，可以大大簡化追求安靜的過程。“安靜在當今是一種稀缺商品，”麻省理工學院的材料科學家 Yoel Fink 說，他最近在《先進材料》上發表了一篇描述絲綢原型的研究。

這種絲綢片材透過特殊纖維得到增強，擴充套件了一種也應用於降噪耳機的技術。這些裝置透過取樣環境噪音，然後發出與環境中噪音異相的聲波來產生靜音。當環境波和發射波重疊時，它們會相互抵消。由於當波浪完美重疊時效果最佳，因此在小空間（例如耳機耳罩內的空間）中更容易實現。使整個房間靜音是一個更大的挑戰，但研究人員想嘗試將基本的噪音消除原理應用於更優雅、更不顯眼的絕緣形式。

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Fink 和他的同事將單根壓電纖維（可以將振動轉化為電能，反之亦然）縫合到一塊絲綢片上。科學家們過去的研究已經證明，壓電織物可以將聲音轉化為電能——有效地將絲綢片變成麥克風。為了讓絲綢片產生消除噪音的振動，他們只需要逆轉這個過程。

研究人員在實驗室中懸掛了一個大約三英寸寬的壓電絲綢織物圓圈，並從牆壁插座向壓電纖維施加電壓。帶電的纖維開始振動整個絲綢圓圈，使其發出聲音。研究人員可以調整電壓，透過絲綢播放音樂（他們選擇了約翰·塞巴斯蒂安·巴赫的《Air》）。在成功展示了他們可以精細控制織物振動後，他們接下來旨在利用他們的絲綢揚聲器來消除不需要的聲音。

該團隊從放置在絲綢一側的揚聲器播放單頻音調，並在另一側用麥克風測量音調的音量。當他們透過絲綢揚聲器播放相同頻率的聲音（與原始聲源異相）時，他們發現他們可以抑制高達 65 分貝的聲音，這大約相當於正常人談話的音量。“這讓我感到震驚，因為它是一塊頭髮絲般厚度的絲綢，”Fink 說。

這種設定在波浪直接干涉的位置最大程度地抑制了噪音。為了阻擋典型的人類談話聲音，絲綢需要距離參與者約 40 英寸。作者建議，在房間周圍的多個位置懸掛這些特殊的絲綢片材可能有助於實現更高水平的靜音。

該團隊還嘗試了一種不同的隔音方法，產生了更好的效果。就像空氣中傳播聲音的振動一樣，固體材料也以機械波的形式振動。兩個重疊的異相機械波會相互干涉；在物理介質中，這種干涉會產生靜止的表面。研究人員懷疑他們可以利用這種特性來物理抑制房間內的噪音。在這種情況下，他們不會讓絲綢發出單一的消噪音符。相反，他們在絲綢本身中產生了機械波，這些波與房間內播放的聲音的波浪相反。當衝突的振動在絲綢中相遇時，它們會相互抵消，織物變得靜止。Fink 說，這種方法“就像聲音的鏡子”，因為它有效地反射聲波。使用這種技術，該片材阻止了 75% 的聲音穿透。

安大略省女王大學的計算機科學家和設計師 Sara Nabil 說：“這是一個有趣的結果，”“下一步是將它交給人們，看看他們如何在日常生活中使用它。” Nabil 說，她可以想象隔音絲綢在醫院環境中特別有用——醫院環境通常很嘈雜，休息至關重要。

Fink 的下一步將是測試絲綢在多大程度上抑制具有多種頻率的更復雜的日常噪音——他稱之為“我們周圍聲音的豐富性”。在那之後，他確信他的團隊可以擴大絲綢的生產規模，使其可以向公眾提供，可能以懸掛式窗簾的形式提供，窗簾底部將加重以增加張力。Fing 有一個個人動機這樣做：為自己和他的同事創造一個不受干擾的工作場所。“我們希望擺脫所有噪音，擁有安靜的環境，真正專注於科學，”他說。

在那之前，Fink 一直在思考他在任何遇到嘈雜聲音的地方使用絲綢——包括最近的一場泰勒·斯威夫特演唱會。儘管她的表演令人眼花繚亂，“噪音水平卻令人難以置信，”他說。音量和斯威夫特服裝中精緻的面料不斷地將他帶回到消噪絲綢。