波士顿大学研究3D打印'声学超材料'，让无人机静音在城市中穿行

波士顿大学研究3D打印'声学超材料'，让无人机静音在城市中穿行

波士顿大学的一个机械工程师团队表示，可以使用开放的环状结构来消除噪音，这种结构是数学上完美的规格，可以在保持气流的同时切断声音。他们开发了一种新设备，专门设计用于阻挡高达94％的入射声波，同时仍让空气通过。

Reza Ghaffarivardavagh（ENG）（前中心）在他的耳朵上有两个开放的环状结构，而Stephan Anderson（MED）（左），Xin Zhang（ENG）（后方中心）和Jacob Nikolajczyk（ENG）（右）一个球拍。摄影：Cydney Scott

尽管减少噪音的路障（称为隔音挡板）可以帮助淹没交通高峰时段的嗖嗖声或在音乐厅墙内包含音乐的交响乐，但它们是一种笨重的方法，不适合气流也很关键的情况。

研究人员说：“声音是由空气中微小的干扰造成的。” “所以，我们的目标是让那些微小的振动沉默。如果我们希望结构的内部是露天的，那么我们必须记住，这将是声音传播的途径。”

他们计算了超材料为了干扰传播的声波需要具有的尺寸和规格，防止声音 - 而不是空气 - 通过开放结构辐射。他们说，基本前提是超材料需要以这样一种方式塑造，即将传入的声音发回到它们来自的地方。

作为测试案例，他们决定创建一种可以使扬声器声音静音的结构。根据他们的计算，他们模拟了最有效地消除噪音的物理尺寸。然后他们使用3D打印创建了一个由塑料制成的开放式降噪结构。

Ghaffarivardavagh和Zhang说，这种数学设计的3D打印声学超材料的形状使得它可以将传入的声音发回到它们来自的地方。在外圈内部，螺旋形图案干扰声音，阻止它们通过开放中心传播，同时保持空气流过的能力。信用：摄影：Cydney Scott为波士顿大学拍摄

为了测试该设备，研究人员将扬声器密封在PVC管的一端。另一方面，将定制的声学超材料固定在开口中。扬声器通过管道吹出了一个音调，但是从外面听到了人耳听不见的声音。

围绕管口内部周边的超材料，就像一个静音按钮一样，直到研究人员向下伸展并拉开它的那一刻。实验室突然响起了扬声器的声音尖叫声。

通过比较固定和不固定超材料的声级，该团队发现该设备能够阻挡94％的声音。

“我们第一次放置和移除消音器的那一刻......实际上是白天和黑夜，”该研究的共同作者Jacob Nikolajczyk说。“我们几个月来一直在计算机建模中看到这些结果 - 但在计算机上看到模拟的声压级是一回事，而另一个则是自己听到它的影响。”

现在他们的原型已经证明是如此有效，研究人员对于他们的声学沉默超材料如何开始工作使现实世界更安静有一些重要的想法。

“无人机是一个非常热门的话题，”工程学院教授张新说。“像亚马逊这样的公司有兴趣使用无人机来提供货物，她说，”人们抱怨潜在的噪音。“

“我们可以将外形设计成立方体或六边形，任何真正的东西，”该研究的共同作者Reza Ghaffarivardavagh说。“我们的结构非常轻巧，开放，美观。每件都可以用作瓷砖或砖块，以便扩大规模并建造一个可以消除声音的透水墙。”

该研究发表在“ 物理评论 ”杂志上。