I ricercatori della BU stampano “metamateriali acustici” che annullano il suono senza bloccare il flusso d’aria
Un team di ingegneri meccanici della Boston University afferma che è possibile silenziare il rumore usando una struttura aperta, simile a una ring, creata per specifiche matematicamente perfette, per tagliare i suoni mantenendo il flusso d’aria. Hanno sviluppato un nuovo dispositivo appositamente progettato per bloccare fino al 94% delle onde sonore in ingresso, lasciando comunque passare l’aria.
Sebbene le barricate che attenuano i rumori, chiamate sound baffle, possano aiutare a soffocare il sibilo del traffico dell’ora di punta o contenere la sinfonia della musica all’interno delle pareti della sala da concerto, sono un approccio goffo non adatto a situazioni in cui il flusso d’aria è anche critico.
“Il suono è causato da minuscoli disturbi nell’aria”, affermano i ricercatori. “Quindi, il nostro obiettivo è di ridurre al silenzio quelle piccole vibrazioni: se vogliamo che l’interno di una struttura sia all’aria aperta, dobbiamo tenere presente che questo sarà il percorso attraverso il quale il suono viaggia”.
Hanno calcolato le dimensioni e le specifiche che il metamateriale avrebbe dovuto avere per interferire con le onde sonore trasmesse, impedendo che il suono, ma non l’aria, venisse irradiato attraverso la struttura aperta. La premessa di base è che il metamateriale deve essere modellato in modo tale da inviare i suoni in entrata al punto da cui provengono, dicono.
Come test case, hanno deciso di creare una struttura in grado di silenziare il suono da un altoparlante. Sulla base dei loro calcoli, hanno modellato le dimensioni fisiche che avrebbero ridotto al minimo i rumori. Quindi hanno usato la stampa 3D per creare una struttura aperta a cancellazione di rumore in plastica.
Per testare il dispositivo, i ricercatori hanno sigillato l’altoparlante in un’estremità di un tubo in PVC. Dall’altra parte, il metamateriale acustico su misura è stato fissato nell’apertura. L’oratore fece saltare un tono attraverso il tubo, ma dall’esterno non era udibile dall’orecchio umano.
Il metamateriale, che circondava il perimetro interno della bocca della pipa, funzionava come un pulsante muto incarnato fino al momento in cui i ricercatori si abbassavano e lo tiravano liberi. Il laboratorio riecheggiò improvvisamente con lo stridore della melodia dell’altoparlante.
Confrontando i livelli sonori con e senza il metamateriale fissato, il team ha scoperto che il dispositivo era in grado di bloccare il 94 percento del suono.
“Il primo momento in cui abbiamo posizionato e rimosso il silenziatore … era letteralmente notte e giorno”, afferma Jacob Nikolajczyk, co-autore dello studio. “Avevamo visto questo tipo di risultati nella nostra modellizzazione al computer per mesi – ma una cosa è vedere i livelli di pressione sonora modellati su un computer e un altro sentire il suo impatto da soli”.
Ora che il loro prototipo si è rivelato così efficace, i ricercatori hanno alcune grandi idee su come il loro metamateriale di silenziamento acustico possa andare al lavoro rendendo il mondo reale più silenzioso.
“I droni sono un argomento molto caldo”, dice Xin Zhang, professore al College of Engineering. “Le aziende come Amazon sono interessate a utilizzare i droni per consegnare le merci, dice, e” le persone si lamentano del potenziale rumore “.
“Possiamo progettare la forma esterna come un cubo o un esagono, qualsiasi cosa realmente”, dice Reza Ghaffarivardavagh, co-autore dello studio. “La nostra struttura è super leggera, aperta e bellissima: ogni pezzo può essere usato come una piastrella o un mattone per scalare e costruire un muro permeabile al suono e che può essere cancellato”.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Physical Review .
