丝绸振动帘幕可以抑制噪音污染

刺耳且不需要的声音几乎无处不在。世界卫生组织表示，噪音污染在全球范围内冲击着数亿人，导致压力、睡眠问题甚至心血管疾病。任何被叮当响的 Jackhammer 或隆隆作响的垃圾车吵醒的人都知道，家并不总是避难所。当声波（压力的机械脉冲）撞击墙壁和窗户等表面并引起振动时，噪音污染会传入建筑物并在房间之间传播。这些振动随后会在结构的内部产生更多的声波。虽然泡沫绝缘材料和其他抑制材料可以通过减弱墙壁中的振动来抵消部分噪音，但它们通常体积庞大且不美观。

一种由蚕丝制成的隔音片，更纤薄、更便携，可以大大简化追求安静的过程。“安静在当今是一种稀缺商品，”麻省理工学院的材料科学家 Yoel Fink 说，他最近在《先进材料》上发表了一篇描述丝绸原型的研究。

这种丝绸片材通过特殊纤维得到增强，扩展了一种也应用于降噪耳机的技术。这些设备通过采样环境噪音，然后发出与环境中噪音异相的声波来产生静音。当环境波和发射波重叠时，它们会相互抵消。由于当波浪完美重叠时效果最佳，因此在小空间（例如耳机耳罩内的空间）中更容易实现。使整个房间静音是一个更大的挑战，但研究人员想尝试将基本的噪音消除原理应用于更优雅、更不显眼的绝缘形式。

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Fink 和他的同事将单根压电纤维（可以将振动转化为电能，反之亦然）缝合到一块丝绸片上。科学家们过去的研究已经证明，压电织物可以将声音转化为电能——有效地将丝绸片变成麦克风。为了让丝绸片产生消除噪音的振动，他们只需要逆转这个过程。

研究人员在实验室中悬挂了一个大约三英寸宽的压电丝绸织物圆圈，并从墙壁插座向压电纤维施加电压。带电的纤维开始振动整个丝绸圆圈，使其发出声音。研究人员可以调整电压，通过丝绸播放音乐（他们选择了约翰·塞巴斯蒂安·巴赫的《Air》）。在成功展示了他们可以精细控制织物振动后，他们接下来旨在利用他们的丝绸扬声器来消除不需要的声音。

该团队从放置在丝绸一侧的扬声器播放单频音调，并在另一侧用麦克风测量音调的音量。当他们通过丝绸扬声器播放相同频率的声音（与原始声源异相）时，他们发现他们可以抑制高达 65 分贝的声音，这大约相当于正常人谈话的音量。“这让我感到震惊，因为它是一块头发丝般厚度的丝绸，”Fink 说。

这种设置在波浪直接干涉的位置最大程度地抑制了噪音。为了阻挡典型的人类谈话声音，丝绸需要距离参与者约 40 英寸。作者建议，在房间周围的多个位置悬挂这些特殊的丝绸片材可能有助于实现更高水平的静音。

该团队还尝试了一种不同的隔音方法，产生了更好的效果。就像空气中传播声音的振动一样，固体材料也以机械波的形式振动。两个重叠的异相机械波会相互干涉；在物理介质中，这种干涉会产生静止的表面。研究人员怀疑他们可以利用这种特性来物理抑制房间内的噪音。在这种情况下，他们不会让丝绸发出单一的消噪音符。相反，他们在丝绸本身中产生了机械波，这些波与房间内播放的声音的波浪相反。当冲突的振动在丝绸中相遇时，它们会相互抵消，织物变得静止。Fink 说，这种方法“就像声音的镜子”，因为它有效地反射声波。使用这种技术，该片材阻止了 75% 的声音穿透。

安大略省女王大学的计算机科学家和设计师 Sara Nabil 说：“这是一个有趣的结果，”“下一步是将它交给人们，看看他们如何在日常生活中使用它。” Nabil 说，她可以想象隔音丝绸在医院环境中特别有用——医院环境通常很嘈杂，休息至关重要。

Fink 的下一步将是测试丝绸在多大程度上抑制具有多种频率的更复杂的日常噪音——他称之为“我们周围声音的丰富性”。在那之后，他确信他的团队可以扩大丝绸的生产规模，使其可以向公众提供，可能以悬挂式窗帘的形式提供，窗帘底部将加重以增加张力。Fing 有一个个人动机这样做：为自己和他的同事创造一个不受干扰的工作场所。“我们希望摆脱所有噪音，拥有安静的环境，真正专注于科学，”他说。

在那之前，Fink 一直在思考他在任何遇到嘈杂声音的地方使用丝绸——包括最近的一场泰勒·斯威夫特演唱会。尽管她的表演令人眼花缭乱，“噪音水平却令人难以置信，”他说。音量和斯威夫特服装中精致的面料不断地将他带回到消噪丝绸。