BU研究人員3D打印“聲學(xué)超材料”

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)

近日，波士頓大學(xué)的一個(gè)機(jī)械工程師團(tuán)隊(duì)表示，可以使用開(kāi)放的環(huán)狀結(jié)構(gòu)來(lái)消除噪音，這種結(jié)構(gòu)是數(shù)學(xué)上完美的規(guī)格，可以在保持氣流的同時(shí)切斷聲音。他們開(kāi)發(fā)了一種新設(shè)備，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于阻擋高達(dá)94%的入射聲波，同時(shí)仍讓空氣通過(guò)。

盡管減少噪音的路障(稱(chēng)為隔音擋板)可以幫助淹沒(méi)交通高峰時(shí)段的嗖嗖聲或在音樂(lè)廳墻內(nèi)包含音樂(lè)的交響樂(lè)，但它們是一種笨重的方法，不適合氣流通過(guò)。研究人員說(shuō)：“聲音是由空氣中微小的干擾造成的。” “所以，我們的目標(biāo)是讓那些微小的振動(dòng)沉默。如果我們希望的結(jié)構(gòu)內(nèi)部是中空的，那么我們必須記住，這將是聲音傳播的途徑。”

他們計(jì)算了超材料為了干擾傳播的聲波需要具有的尺寸和規(guī)格，防止聲音，而不是空氣，通過(guò)開(kāi)放結(jié)構(gòu)輻射。他們說(shuō)，基本前提是超材料需要以這樣一種方式塑造，即將傳入的聲音發(fā)回到它們來(lái)自的地方。作為測(cè)試案例，他們決定創(chuàng)建一種可以使揚(yáng)聲器聲音靜音的結(jié)構(gòu)。根據(jù)他們的計(jì)算，他們模擬了最有效地消除噪音的物理尺寸。然后他們使用3D打印創(chuàng)建了一個(gè)由塑料制成的開(kāi)放式降噪結(jié)構(gòu)。

據(jù)了解，這種數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)的3D打印聲學(xué)超材料的形狀使得它可以將傳入的聲音發(fā)回到它們來(lái)自的地方。在外圈內(nèi)部，螺旋形圖案干擾聲音，阻止它們通過(guò)開(kāi)放中心傳播，同時(shí)保持空氣流過(guò)的能力。

為了測(cè)試該設(shè)備，研究人員將揚(yáng)聲器密封在PVC管的一端。另一方面，將定制的聲學(xué)超材料固定在開(kāi)口中。揚(yáng)聲器通過(guò)管道吹出了一個(gè)音調(diào)，但是從外面聽(tīng)到了人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲音。圍繞管口內(nèi)部周邊的超材料，就像一個(gè)靜音按鈕一樣，直到研究人員向下伸展并拉開(kāi)它的那一刻。實(shí)驗(yàn)室突然響起了揚(yáng)聲器的聲音尖叫聲。通過(guò)比較固定和不固定超材料的聲級(jí)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠阻擋94%的聲音。

現(xiàn)在他們的原型已經(jīng)證明是如此有效，研究人員對(duì)于他們的聲學(xué)沉默超材料如何開(kāi)始工作使現(xiàn)實(shí)世界更安靜有一些重要的想法。“無(wú)人機(jī)是一個(gè)非常熱門(mén)的話題，像亞馬遜這樣的公司有興趣使用無(wú)人機(jī)來(lái)提供貨物，人們總是抱怨它帶來(lái)的噪音。我們有辦法消除它�！�

該研究發(fā)表在“物理評(píng)論”雜志上。

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