Investigadores de la Universidad de Boston, Xin Zhang, profesor de la Facultad de Ingeniería, y Reza Ghaffarivardavagh, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Mecánica, publicaron un artículo Revisión física B demostrando que es posible silenciar el ruido usando una estructura abierta, en forma de anillo, creada con especificaciones matemáticamente perfectas, para cortar los sonidos mientras se mantiene el flujo de aire.
"Las barreras acústicas de hoy son literalmente gruesas paredes gruesas", dice Ghaffarivardavagh. Aunque las barricadas que mitigan el ruido, llamadas deflectores de sonido, pueden ayudar a ahogar el silbido del tráfico de la hora pico o contener la sinfonía de la música dentro de las paredes de la sala de conciertos, son unEnfoque torpe no adecuado para situaciones en las que el flujo de aire también es crítico. Imagínese bloqueando la ventilación de escape de un motor a reacción: el avión nunca saldría del suelo. En cambio, los trabajadores en el asfalto usan tapones para los oídos para proteger sus oídos del rugido ensordecedor.
Ghaffarivardavagh y Zhang permiten que las matemáticas, una pasión compartida que ha impulsado sus dos carreras de ingeniería y los ha convertido en socios de investigación adecuados, los guíe hacia un diseño viable para el aspecto del metamaterial acústico.
Calcularon las dimensiones y especificaciones que el metamaterial necesitaría para interferir con las ondas de sonido transmitidas, evitando que el sonido, pero no el aire, se irradie a través de la estructura abierta. La premisa básica es que el metamaterial necesitatener forma de tal manera que envíe los sonidos entrantes de vuelta a donde vinieron, dicen.
Como un caso de prueba, decidieron crear una estructura que pudiera silenciar el sonido de un altavoz. Basado en sus cálculos, modelaron las dimensiones físicas que silenciarían los ruidos más efectivamente. Dando vida a esos modelos, utilizaron la impresión 3D para materializarseuna estructura abierta de cancelación de ruido hecha de plástico.
Probándolo en el laboratorio, los investigadores sellaron el altavoz en un extremo de una tubería de PVC. En el otro extremo, el metamaterial acústico a medida se fijó en la abertura. Al presionar el botón de reproducción, el altavoz experimentalla configuración cobró vida en silencio en el laboratorio. De pie en la habitación, basado en su sentido del oído solo, nunca sabría que el altavoz estaba emitiendo una nota irritantemente aguda. Sin embargo, si ustedSi miraba por la tubería de PVC, vería los subwoofers del altavoz retumbar.
El metamaterial, que sonaba alrededor del perímetro interno de la boca de la tubería, funcionó como un botón de silencio encarnado hasta el momento en que Ghaffarivardavagh se agachó y lo liberó. El laboratorio de repente hizo eco con el chirrido de la melodía del altavoz.
"El momento en que colocamos y quitamos el silenciador ... fue literalmente noche y día", dice Jacob Nikolajczyk, quien además de ser coautor del estudio y ex investigador universitario en el laboratorio de Zhang es un intérprete vocal apasionado ".había estado viendo este tipo de resultados en nuestro modelado por computadora durante meses, pero una cosa es ver los niveles de presión de sonido modelados en una computadora y otra es escuchar su impacto ".
Al comparar los niveles de sonido con y sin el metamaterial fijado en su lugar, el equipo descubrió que podían silenciar casi todo - 94 por ciento para ser exactos - del ruido, haciendo que los sonidos que emanan del altavoz sean imperceptibles para el oído humano.
Ahora que su prototipo ha demostrado ser tan efectivo, los investigadores tienen algunas ideas importantes sobre cómo su metamaterial de silenciamiento acústico podría funcionar haciendo que el mundo real sea más silencioso.
"Los drones son un tema muy candente", dice Zhang. Las compañías como Amazon están interesadas en usar drones para entregar mercancías, dice, y "la gente se queja del ruido potencial".
"El culpable es el movimiento del ventilador que se mueve hacia arriba", dice Ghaffarivardavagh. "Si podemos colocar estructuras abiertas para silenciar el sonido debajo de los ventiladores del dron, podemos cancelar el sonido que irradia hacia el suelo".
Más cerca de la casa, o de la oficina, los ventiladores y los sistemas de HVAC podrían beneficiarse de los metamateriales acústicos que los hacen silenciosos y aún así permiten que el aire caliente o frío circule sin obstáculos en todo un edificio.
Ghaffarivardavagh y Zhang también señalan la antiestética de las barreras acústicas que se usan hoy en día para reducir la contaminación acústica del tráfico y ver espacio para una mejora estética. "Nuestra estructura es súper ligera, abierta y hermosa. Cada pieza podría usarse como un azulejoo ladrillo para escalar y construir una pared permeable con cancelación de sonido ", dicen.
La forma de los metamateriales de silenciamiento acústico, según su método, también es completamente personalizable, dice Ghaffarivardavagh. La parte externa no necesita ser una forma de anillo redondo para funcionar.
"Podemos diseñar la forma exterior como un cubo o hexágono, cualquier cosa realmente", dice. "Cuando queramos crear una pared, iremos a una forma hexagonal" que pueda encajar como una estructura de panal al aire libre.
Tales paredes podrían ayudar a contener muchos tipos de ruidos. Incluso los de las vibraciones intensas de una máquina de resonancia magnética, dice Zhang.
Según Stephan Anderson, profesor de radiología en la Facultad de Medicina de BU y coautor del estudio, el metamaterial acústico podría escalarse "para caber dentro del orificio central de una máquina de resonancia magnética", protegiendo a los pacientes del sonido durante elproceso de imagen.
Zhang dice que las posibilidades son infinitas, ya que el método de mitigación de ruido se puede personalizar para adaptarse a casi cualquier entorno: "La idea es que ahora podemos diseñar matemáticamente un objeto que pueda bloquear los sonidos de cualquier cosa", dice ella.
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Materiales proporcionado por Universidad de Boston . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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