Исследователи утверждают, что новый звукопоглощающий шёлковый материал может быть использован для создания тихих помещений в домах, офисах и других местах.
Этот материал содержит «пьезоэлектрический» элемент, вплетённый в шёлк, который вырабатывает электрический сигнал при деформации — при этом волокна реагируют на такие незначительные движения, как вибрации, вызванные звуковыми волнами.
Согласно заявлению Массачусетского технологического института (MIT), ткань немного толще человеческого волоса и может подавлять звук двумя способами.
Во-первых, электрические сигналы преобразуются в механические движения, которые заставляют шёлк вибрировать и излучать собственные звуковые волны. Они колеблются не синхронно с нежелательными звуковыми волнами и, следовательно, нейтрализуют их. Тот же принцип используется в наушниках с шумоподавлением, которые хорошо работают в небольших пространствах, таких как уши, но не предотвращают проникновение или передачу звука в более крупных пространствах, таких как спальня, офис или самолёт.
Чтобы подавить звук на большей площади, исследователи разработали отдельный механизм, который блокирует вибрации, обычно передающие звук через ткань. Они растянули шёлк и заставили волокна оставаться неподвижными, отражая звуковые волны обратно к их источнику, подобно тому, как свет отражается от зеркала.
Ткань может использоваться в одном из этих режимов, в зависимости от источника шума.
«Если ткань принудительно удерживается в неподвижном состоянии с помощью определённого режима управления, вибрации будут подавлены, и звук не будет передаваться», — пишут учёные в исследовании, опубликованном 1 апреля в журнале Advanced Materials.
Они достигли такого режима управления с помощью пьезоэлектрического волокна, которое могло генерировать механические вибрации, противоположные входящим звуковым волнам.
«Вместо того чтобы ткань смещалась и передавала приходящий звук, она остаётся неподвижной и превращается в акустически отражающую структуру», — отметили они.
Исследователи протестировали свою конструкцию на различных тканях и обнаружили, что размер пор является важным фактором. Например, хотя муслин, разновидность хлопчатобумажной ткани, имел механические свойства, подобные шёлку, меньшие промежутки между шёлковыми волокнами делали его более эффективным шумоподавителем. Насколько важен размер пор, зависело от частоты приходящих звуковых волн, так как даже относительно большие зазоры блокировали низкочастотный звук, согласно заявлению.
«Шум создать намного проще, чем тишину, — сказал в своём заявлении старший автор исследования Йоэль Финк (Yoel Fink), профессор материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте. — Фактически, чтобы удерживать шум снаружи, мы уделяем много внимания толстым стенам.»
Напротив, новая шёлковая ткань может использоваться для создания компактных и лёгких перегородок в рабочих пространствах, квартирах и поездах. Первый механизм подавления звуковых волн значительно снижал громкость звуков до 65 децибел, что эквивалентно громкости оживлённой беседы. Второй механизм, основанный на подавлении вибраций, уменьшал передачу звука до 75%.
Текущий дизайн работает для определённых звуковых частот, но для блокировки более широкого диапазона шумов потребуется дополнительная электроника и возможности обработки сигналов.
«У нас есть множество настроек, которые мы можем использовать, чтобы сделать эту звукоизолирующую ткань действительно эффективной, — сказала ведущий автор исследования Грейс Янг (Grace Yang), химический инженер и научный сотрудник лаборатории fibers@mit в MIT. — Это только начало».
