跳动城乡网我们生活在一个非常嘈杂的世界。从窗外交通的嗡嗡声到隔壁邻居刺耳的电视声，再到同事隔间里的声音，不必要的噪音仍然是一个巨大的问题。
为了消除喧嚣，麻省理工学院和其他地方的研究人员进行跨学科合作，开发了一种抑制声音的丝绸织物，可用于创造安静的空间。关于该研究的开放获取论文发表在《先进材料》上。
这种织物仅比人类头发粗一点，含有一种特殊纤维，当施加电压时，这种纤维会振动。研究人员利用这些振动以两种不同的方式抑制声音。
其中一种振动织物会产生声波，干扰不需要的噪音并将其消除，类似于降噪耳机，它在耳朵等狭小的空间中工作良好，但在房间或飞机等大型封闭空间中不起作用。
在另一种更令人惊讶的技术中，织物保持静止以抑制振动，而振动是声音传输的关键。这可以防止噪音通过织物传播并降低周围的音量。第二种方法可以在更大的空间(如房间或汽车)中降低噪音。
通过使用丝绸、帆布和平纹细布等常见材料，研究人员创造了可在现实空间中实用的降噪织物。例如，人们可以使用这种织物在开放的工作空间中制作分隔物或防止声音通过的薄织物墙。
“制造噪音比制造安静要容易得多。事实上，为了隔绝噪音，我们在厚墙上留出了很多空间。[第一作者]格雷斯的作品提供了一种新的机制，可以用薄薄的织物创造安静的空间，”材料科学与工程系、电气工程与计算机科学系教授、电子研究实验室首席研究员、该织物论文的资深作者 Yoel Fink 说道。
该研究的主要作者是 Grace (Noel) Yang。合著者包括麻省理工学院研究生 Taigyu Joo、Hyunhee Lee、Henry Cheung 和 Yongyi Zhao 等人。
丝般的沉默
这种抑音丝绸是该团队之前制造织物麦克风的工作的基础。
在这项研究中，他们将单股压电纤维缝入织物中。压电材料在挤压或弯曲时会产生电信号。当附近的噪音导致织物振动时，压电纤维将这些振动转换为电信号，从而捕获声音。
在这项新工作中，研究人员 了这一想法，创造了一种可用于抵消声波的织物扬声器。
“虽然我们可以使用织物来产生声音，但我们的世界已经有很多噪音。我们认为创造安静可能更有价值，”杨说。
将电信号施加到压电纤维会导致其振动，从而产生声音。研究人员通过使用安装在圆形框架上的 130 微米丝片演奏巴赫的《空气》来证明这一点。
为了实现直接声音抑制，研究人员使用丝织物扬声器发出声波，破坏性地干扰不需要的声波。它们控制压电纤维的振动，使织物发出的声波与撞击织物的不需要的声波相反，从而抵消噪音。
然而，这种技术仅在小范围内有效。因此，研究人员基于这个想法开发了一种技术，利用织物振动来抑制更大区域(例如卧室)的声音。
假设您的隔壁邻居正在半夜玩足球。您在卧室里听到噪音是因为他们公寓中的声音导致你们共用的墙壁振动，从而在您身边形成声波。
为了抑制这种声音，研究人员可以将丝绸织物放在共用墙壁的一侧，控制纤维的振动以迫使织物保持静止。这种振动介导的抑制可防止声音通过织物传播。
“如果我们能够控制这些振动并阻止它们发生，我们也可以阻止产生的噪音，”杨说。
声音的镜子
令人惊讶的是，研究人员发现，握住织物仍然会导致声音被织物反射，从而形成一块薄薄的丝绸，它可以像镜子反射光一样反射声音。
他们的实验还表明，织物的机械性能及其孔隙的大小都会影响声音产生的效率。虽然丝绸和平纹细布具有相似的机械性能，但丝绸较小的孔径使其成为更好的织物扬声器。
但有效孔径还取决于声波的频率。杨说，如果频率足够低，即使是孔径相对较大的织物也能有效发挥作用。
当他们在直接抑制模式下测试丝绸织物时，研究人员发现它可以显着降低高达 65 分贝的声音音量(大约与人类热烈交谈的声音一样大)。在振动介导的抑制模式下，该织物可将声音传输减少高达 75%。
芬克说，这些结果的实现得益于一群强大的合作者。罗德岛设计学院的研究生帮助研究人员了解构造织物的细节;威斯康星大学麦迪逊分校的科学家进行了模拟;凯斯西储大学的研究人员对材料进行了表征;麻省理工学院史密斯小组的化学工程师利用他们在气体膜分离方面的专业知识来测量穿过织物的气流。
展望未来，研究人员希望探索使用他们的织物来阻挡多种频率的声音。这可能需要复杂的信号处理和额外的电子设备。
此外，他们希望进一步研究织物的结构，看看改变压电纤维的数量、缝合方向或施加的电压等因素如何提高性能。
“我们可以通过很多方法来使这种抑声织物真正有效。我们希望让人们考虑控制结构振动来抑制声音。这只是一个开始，”杨说。
