持续的城市噪音与长期健康问题有关,但很难将其阻挡在家居和企业之外;交通和建筑等低频声音很容易穿透墙壁和其他固体材料。昂贵、专业的镶板可以有所帮助,但发表在《应用物理学杂志》上的一项新研究表明,日常材料和巧妙的物理学原理也可以解决这个问题,利用有策略地刺有针孔的乒乓球创造出一种隔音装置。
法国里尔大学的声学研究员罗宾·萨巴特一直在尝试通过研究声波在空腔中如何反弹来改进隔音效果。当声波穿过这种空间中的开口时,声波会挤压和释放内部的空气。这使得空气以特定的频率振动,具体频率取决于空腔的大小、形状以及可能存在的任何孔洞(就像对着瓶口吹气会发出嗡嗡声一样,音调取决于瓶子的大小)。如果空腔以适当的方式构建,内部反弹的声波将相互抵消,从而减弱噪音。
萨巴特选择乒乓球作为一种低成本的选择,其几何特性可以在正确的低频范围内产生共振。通过在每个球上钻五个孔,她的团队将它们变成了共振腔,每个共振腔都可以从周围的噪音中过滤掉一个频段。
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但是,将共振球组合起来以抑制大范围的声音是很棘手的,因为声波会相互作用并影响哪些频率被抑制。为了找到合适的排列方式,研究人员在两个球内放置了麦克风,并调整了孔的位置和大小,直到组合能够捕获多个频段。他们添加并调整了更多的球,直到该结构吸收了广泛的频率。
萨巴特说:“完美地对齐孔洞需要一些练习。”她的团队将 90 个球固定在一张有机玻璃板上,与单独的有机玻璃表面相比,低频声音在另一侧听到的声音减少了高达 50%。
英格兰索尔福德大学的声学研究员奥尔加·乌姆诺娃说:“该设计提供了出色的声音衰减,即使在 500 赫兹以下(与长期健康影响最相关的范围)也是如此。”她没有参与这项新研究。她补充说,与更简单的选择(例如用气隙隔开的有机玻璃板)进行系统的、真实世界的比较将是重要的下一步。计算机模拟估计,与单独的气隙相比,乒乓球镶板可将声音衰减提高 30%。
萨巴特的团队希望对新技术进行低技术调整,也有助于实现其他声学目标,例如聚焦声波以提高音乐厅的音质。