2019年3月28日

這麼大一個洞也能隔音?算準了也能讓聲音過不來!

美國波士頓大學(Boston University)機械工程學教授張信(Xin Zhang)等人,日前於《物理評論》(Physical Review B)發布最新研究,以數學方法證明一環狀結構可在保持空氣流通下阻絕聲響。

隨著聲學超材料(metamaterial)的發展,先前已有科學家表明可利用次波長結構(subwavelength structure)讓聲音衰減,可惜這些讓空氣進出的洞在材料總面積的佔比還是很小。為解決這個問題,他們算出材料所需的尺寸與規格,企圖做出能將聲音送回源頭的結構設計。

緊接著,研究員根據該計算提出一超構表面(metasurface)單元,並讓該材料保留近60%的開放區域供空氣進出。透過計算並模擬出能有效消除噪音的實際尺寸後,他們便以3D列印將其實體化,測試它是否真能消除揚聲器的聲音。

研究員將揚聲器放置於聚氯乙烯(PVC)管的一端,另一端開口鎖上這個「消音圈圈」。當打開揚聲器開關後,完全沒有聽到揚聲器發出任何聲音;但若湊近一看,會發現揚聲器的低音音箱(subwoofers)彷彿正嗡嗡作響。其後,研究員又比較了該材料對各種不同音量大小的隔音效果,發現它能消除近94%的聲音傳遞到人耳裡。

未來,透過該種消音設計,人們可望在透氣的前提下有效阻絕大部分的聲音,從無人機上的風扇到居家暖通空調(HVAC)系統皆可受惠於此。最重要的是,它的重量不僅輕,還可因應設計改變造型,頗具發展潛力。

(Flickr-Travis Wise, https://flic.kr/p/pfdnyb)
Reza Ghaffarivardavagh et al., Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference, Physical Review B, 2019.

沒有留言: