Wenn Sie das nächste Mal in einem Restaurant, Büro oder Flughafen sind, schauen Sie zur Decke. Möglicherweise sehen Sie wolkenähnliche runde Paneele, Schaumstoffkacheln oder minimalistische Holzlatten oder hängende Banner, die wie Segel aussehen, oder nur die allgegenwärtigen grauen Rechtecke jeder amerikanischen Highschool-Cafeteria. Obwohl sie ästhetisch ansprechend sein mögen (oder nicht), sind diese Materialien tatsächlich so konzipiert, dass sie Schall absorbieren und den Raum leiser machen.
Wir bemerken es vielleicht nicht, aber ein Großteil unserer Umwelt ist tatsächlich so gebaut oder konstruiert, dass sie den Lärm der modernen Welt reduziert. Dicke Vorhänge sorgen für Stille in schicken Anwaltskanzleien. Schwere Holztüren halten einen Teil des Straßenlärms von Häusern fern.
Jetzt haben Forscher der Boston University eine neue Art von Material entwickelt, das den Schall unter Berücksichtigung des Luftstroms blockieren kann. Es ist ein sogenanntes „Metamaterial“ - ein Material, das so konstruiert wurde, dass es Eigenschaften aufweist, die in der Natur nicht zu finden sind. Das winzige spiralförmige Plastikmuster in der ringförmigen Hülle sendet eingehende Schallwellen an ihren Ursprung zurück und blockiert so den Schall, aber nicht die Luft.
"Die Frage, ob wir Schallwellen unter Beibehaltung des Luftstroms zum Schweigen bringen können, hat die Forschungsgemeinschaft seit Jahrzehnten inspiriert", sagte Xin Zhang, Professor am College of Engineering der Boston University, der das Projekt mitleitete und ein Paper über das Material mit verfasste das wurde kürzlich in der Zeitschrift Physical Review B veröffentlicht .
Das Zulassen eines Luftstroms ist der Schlüssel für einige potenzielle Verwendungen des Materials. Sie können einem Düsentriebwerk oder einer Drohne kein herkömmliches Schalldämpfungsmaterial hinzufügen und es trotzdem fliegen lassen. Das neue 3D-gedruckte Metamaterial könnte jedoch möglicherweise verwendet werden, um den Lärm von Flugzeugen, Lüftern und HLK-Systemen zu verringern, ohne den Luftstrom zu beeinträchtigen.
Das Donut-förmige Design des Materials ist potenziell „sehr nützlich“, sagt Kathryn Matlack, Professorin für Maschinenbau an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, die sich mit akustischen Metamaterialien befasst, da „die meisten schalldämpfenden Materialien fest und fest sind Luftstrom verhindern. “
Um das Metamaterial im Labor zu testen, versuchten die Forscher der Boston University, einen Lautsprecher zum Schweigen zu bringen. Sie versiegelten den Lautsprecher an einem Ende eines PVC-Rohrs und befestigten einen Ring des Metamaterials am anderen. Dann schlugen sie zu spielen.
Schweigen.
Als sie in das PVC-Rohr schauten, konnten sie die Subwoofer des Lautsprechers pochen sehen. Aber sie konnten nichts hören. Das Material blockierte nach ihren Berechnungen 94 Prozent des Schalls.
Es sei, als würde man die Stummschalttaste drücken, sagten die Forscher.
Ein Ring des Metamaterials (BU. Foto von Cydney Scott). Das Metamaterial ist auch billig in der Herstellung und leicht, sagt Reza Ghaffarivardavagh, Doktorandin für Maschinenbau an der Boston University.
„Diese Funktionen eröffnen Möglichkeiten für neue und aufregende Anwendungen“, sagt er.
Das Material kann das Geräusch eines MRT-Geräts reduzieren, das manchmal mit einem Presslufthammer verglichen wird. Es könnte als Schallmauer gegen den Verkehr eingesetzt werden. Es kann auch anstelle herkömmlicher Schallschutzmaterialien wie Akustikfliesen oder Vorhängen verwendet werden. Die äußere Form muss kein Ring sein; Es kann alles sein, vom Sechseck bis zum Quadrat, sodass Kunden möglicherweise ästhetisch ansprechende, kundenspezifische Klangwände für Restaurants oder Theater bestellen können.
Eine ruhigere Welt kann nicht nur entspannender sein. Es könnte auch gesünder sein. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass „Umweltlärmverschmutzung“ negative Auswirkungen auf unseren Körper und Geist hat und das Risiko von Herzerkrankungen bis hin zu kognitiven Beeinträchtigungen erhöht. Im vergangenen Jahr veröffentlichte die Weltgesundheitsorganisation Leitlinien, um die politischen Entscheidungsträger bei der Reduzierung von Umgebungslärm durch Quellen wie Autos, Züge und Windkraftanlagen zu unterstützen. Übermäßiger Lärm ist auch für nichtmenschliche Tiere schädlich. Laufende Forschungen untersuchen, wie Lärmbelästigung die Artenvielfalt verringert.
Laut Zhang hat das Metamaterial das Interesse einer Reihe von Organisationen in verschiedenen Branchen geweckt, darunter in den Bereichen Produktion, Energie und Autoherstellung.
„Wir arbeiten jetzt daran, die Realisierbarkeit jeder potenziellen Anwendung und jedes potenziellen Projekts zu untersuchen“, sagt sie. "Ich bin zuversichtlich, dass wir in den nächsten Jahren eine kommerzielle Anwendung in irgendeiner Form sehen werden."
