سپر صوتی پیشرفته، نویز پهنای باند را در محیط‌های باز و پویا به دام می‌اندازد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نوآوری جدیدی از آزمایشگاه ژانگ دانشگاه بوستون می‌تواند نحوه مدیریت نویز در دنیای مدرن را تغییر دهد.
آخرین دستاورد آنها یک صدا خفه کن صوتی پهن باند را معرفی می‌کند که ضمن حفظ جریان هوا، صدا را مسدود می‌کند و آن را برای محیط‌های شلوغ و غیرقابل پیش‌بینی مانند دفاتر، کارخانه‌ها یا فرودگاه‌ها ایده‌آل می‌سازد.
این تحقیق، به رهبری پروفسور شین ژانگ (ME، ECE، BME، MSE)، بر اساس کار طولانی مدت آزمایشگاه در متامواد آکوستیک انجام شده است.
این تیم اولین بار در سال ۲۰۱۹ به خاطر ساخت یک «سپر صوتی» که می‌توانست فرکانس‌های خاصی را سرکوب کند و در عین حال اجازه عبور هوا را بدهد، مورد توجه قرار گرفت. اکنون، آنها فراتر از اهداف باند باریک حرکت کرده‌اند.
جدیدترین دستگاه که متامتریال فوق باز گرادیان فاز یا PGUOM نام دارد، رویکرد وسیع‌تری را اتخاذ می‌کند.
ژانگ می‌گوید: «PGUOM رویکرد هوشمندانه‌تری - بیشتر شبیه هدفون‌های حذف نویز - در پیش می‌گیرد و به طور مؤثر طیف وسیعی از صدا‌های ناخواسته را خاموش می‌کند. این فناوری حتی با تغییر زیر و بمی یا بلندی صدا، همچنان بسیار مؤثر باقی می‌ماند.»
این انعطاف‌پذیری، دستگاه را به ویژه برای نویز‌های دنیای واقعی که اغلب فرکانس‌های متعددی را در بر می‌گیرند و به سرعت تغییر می‌کنند، مناسب می‌کند.
اگرچه طراحی جدید کمی از اوج عملکرد را قربانی می‌کند، که هنگام تغییر از باند باریک به سرکوب باند پهن رایج است، اما موارد استفاده بسیار بیشتری را ایجاد می‌کند.
چگونه کار می‌کند؟
PGUOM از یک ساختار گرادیان فاز برای تبدیل صدای ورودی به امواج سطحی جعلی، معادل‌های صوتی پلاسمون‌های سطحی الکترومغناطیسی، استفاده می‌کند که سپس در امتداد سطح ماده پراکنده می‌شوند.
هر واحد از این ماده از ابرسلول‌هایی ساخته شده است که شامل سه سلول واحد کوچکتر هستند. سلول‌های اول و سوم دارای موانع جامد برای ایجاد تغییرات فاز خاص در امواج صوتی هستند. سلول مرکزی باز می‌ماند و جریان هوا را از طریق سازه حفظ می‌کند.
ژانگ توضیح می‌دهد: «طراحی ما برای همه یکسان نیست و این یک نقطه قوت است. بسته به کاربرد، هم در محدوده فرکانس و هم در سطح جریان هوا قابل تنظیم است.»
برخلاف سیستم‌های قبلی که به طرح‌های ثابت و واحد‌های یکنواخت متکی بودند، این ساختار جدید سلول مرکزی را بزرگتر می‌کند.
این تغییر، جریان هوا را بدون به خطر انداختن کاهش نویز بهبود می‌بخشد و به این ماده قابلیت سازگاری بیشتری در بین سیستم‌ها می‌دهد.
ساخته شده برای زندگی واقعی
محققان پتانسیل بالایی برای ادغام PGUOM در محصولات تجاری و صنعتی می‌بینند. این محصولات شامل سیستم‌های تهویه، زیرساخت‌های عمومی و حتی محیط‌های رو در رو با مصرف‌کننده هستند که در آنها عملکرد بی‌صدا ارزشمند است.
این تیم قبلاً از شبیه‌سازی‌ها به نمونه‌های اولیه فیزیکی روی آورده و در تلاش است تا این فناوری را برای تولید مقیاس‌پذیر اصلاح کند.
ژانگ می‌گوید: «ما بر ادغام طرح‌های خود در محصولات و کاربرد‌های خاص تمرکز داریم، ضمن اینکه فرامواد را برای فرآیند‌های تولید مقیاس‌پذیر بهینه‌سازی می‌کنیم.»
تحقیقات بیشتر بر گسترش محدوده‌ی بی‌صداسازی در عین حفظ مقاومت در برابر جریان هوا و حداقل ضخامت سازه متمرکز خواهد بود.
انگیزه پشت این پروژه هم کاربردی و هم فوری است. ژانگ می‌گوید: «قرار گرفتن مزمن در معرض سر و صدای بیش از حد - که اغلب در مقایسه با آلودگی هوا و آب نادیده گرفته می‌شود - می‌تواند به طور جدی بر سلامت انسان تأثیر بگذارد.»
این شامل مواردی مانند کم شنوایی، استرس، اختلال خواب و بیماری‌های قلبی عروقی می‌شود.
آلودگی صوتی همچنین بر حیات وحش تأثیر می‌گذارد و رفتار‌های طبیعی و اکوسیستم‌ها را مختل می‌کند. آزمایشگاه ژانگ با طراحی PGUOM خود، به سمت آینده‌ای آرام‌تر و سالم‌تر حرکت می‌کند که در آن کنترل صدا دیگر به قیمت تهویه یا سازگاری تمام نمی‌شود.
این مطالعه در مجله Scientific Reports منتشر شده است.