الصمت الناشئ من الحرير: أفق جديد يفتح في مكافحة خطر الضوضاء

الصمت ثمين. وفقًا للمعهد الأمريكي للضغط، يصل إلى 77 percent of people in the United States يظهر بعض العلامات الجسدية للضغط عند عيشهم حياتهم اليومية، ويمكن لفترة من الصمت كل يوم أن تساعدهم على الاسترخاء وتقليل مستويات الضغط. 

الصمت يساعد على خفض ضغط الدم، تحسين التركيز والانتباه، تحسين الأرق، تشجيع اليقظة الذهنية، وأكثر. 

لكن هل من السهل تحقيق الصمت في الحياة الحضرية التي نعيشها اليوم؟ خذ مثالًا على مومباي، العاصمة التجارية للهند. لقد شهدت مستويات الضوضاء فيها تصل إلى ما يقرب من 124 ديسيبل. يمكن وضع مثل هذه المستويات العالية من الصوت بين تشغيل منشار كهربائي (120 ديسيبل) وإقلاع الطائرات العسكرية. 

في نيويورك، تلقت إدارة مباني مدينة نيويورك ما يصل إلى 3,700 شكوى ضوضاء في سنة واحدة، بما في ذلك أصوات الضوضاء الناتجة عن البناء، ازدحام المرور (75ديسيبل إلى 80ديسيبل)، صراخ المترو (80ديسيبل إلى 100ديسيبل)، ومطرقة الحفر (110ديسيبل). 

السؤال هو، كيف نجد مكانًا هادئًا عندما تكون مكونات حياتنا اليومية الحتمية بهذه الضوضاء؟ 

كان الباحثون يتأملون حلولًا منذ فترة طويلة. تعاون متعدد التخصصات بين باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومن أماكن أخرى طور حلاً: قماش حريري يخفّض الضوضاء. 

قماش حريري يخفّض الضوضاء لإنشاء مساحات هادئة

القماش المستخدم في الحرير لا يكاد يكون أسمك من شعر الإنسان. تطبيق الجهد يجعل الألياف التي استُخدمت لإنشاء هذا القماش تهتز. وهذه الاهتزازات هي التي تساعد على خفض الصوت. 

على مستوى أساسي وأكثر توقعًا، تتداخل موجات الصوت التي يولدها القماش المهتز مع الضوضاء غير المرغوبة وتلغيها. هذه التقنية فعّالة فقط عندما تُطبق داخل مساحة صغيرة. سماعات إلغاء الضوضاء، لأنها تعمل فقط على مساحة أذننا المحدودة، تستفيد من مبدأ إلغاء الضوضاء هذا. 

لكن هذا القماش يتجاوز إلغاء الضوضاء التقليدي من خلال خفض الاهتزازات التي هي أساس نقل الصوت. يمكنه خفض الصوت في مساحة أكبر بكثير مثل غرفة المعيشة. 

اختبر الباحثون فعالية طريقتي خفض الضوضاء. في وضع الخفض المباشر، يمكن للقماش الحريري خفض مستوى الأصوات حتى 65 ديسيبل. في الوضع الثاني، حيث يكون إلغاء الاهتزاز هو المفتاح، يمكن للقماش خفض انتقال الصوت بنسبة تصل إلى 75٪. 

جانب آخر حاسم في الاختراع هو أنه استخدم مواد سهلة الحصول مثل الحرير، القماش القطني، والقطن الخفيف. له تطبيقات واقعية عالية، مثل إنشاء فواصل في أماكن العمل المفتوحة وتوفير جدران قماشية رقيقة لمنع مرور الصوت. 

أثناء الحديث عن النجاح الذي يمكن أن يحققه هذا القماش الحريري المخفض للضوضاء، قال يوئيل فينك، أستاذ في أقسام علوم المواد والهندسة والهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب، ما يلي: 

«الضوضاء أسهل بكثير في الإنشاء من الهدوء. للحفاظ على الضوضاء بعيدًا، نخصص مساحة كبيرة للجدران السميكة. عمل [First author] غريس يوفر آلية جديدة لإنشاء مساحات هادئة باستخدام ورقة قماش رقيقة.»

مع ذلك، ليست هذه المرة الأولى التي تتبع فيها مجموعة الباحثين نهجًا جديدًا لتقليل الصوت. حاولت المجموعة إنشاء ميكروفونات قماشية عن طريق خياطة خيط بيزوكهربائي واحد في القماش. هذه المواد البيزوكهربائية تنتج إشارة كهربائية عند الضغط أو الانحناء. كما أنها تحوّل اهتزازات الصوت إلى إشارات. على الرغم من أن الطريقة قد تثبت جدواها، إلا أنها لم تستطع العمل خارج مساحة محدودة. 

مع البحث الحالي على ألياف الحرير المخفضة للضوضاء، يرغب الباحثون في استكشاف كيفية تمكين حلهم من حجب أصوات ترددات متعددة في المستقبل. 

وفقًا لغريس يانغ: 

«هناك الكثير من المقابض التي يمكننا تعديلها لجعل هذا القماش المخفض للضوضاء فعالًا. نريد أن نجعل الناس يفكرون في التحكم بالاهتزازات الهيكلية لتقليل الصوت. هذا مجرد البداية.»

الرغبة في القضاء على الضوضاء غير المرغوب فيها هي عرض من أعراض عصرنا. استلهم الباحثون تطوير حلول في هذا المجال. قبل بضع سنوات، حاول الباحثون الاستفادة من المواد الميتامادية الصوتية لحجب الصوت. 

تحقيق الصمت من خلال المواد الميتامادية الصوتية

في المصطلحات العلمية الأساسية، الميتامادة هي “مواد مُهيكلة صناعيًا تتحكم وتُشكّل تدفق الموجات الكهرومغناطيسية أو ربما أي نوع آخر من الموجات الفيزيائية.” 

طور شينغ تشانغ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة بوسطن، هذا الحل المخفض للضوضاء، المبني باستخدام المواد الميتامادية الصوتية، لحجب الضوضاء مع الحفاظ على تدفق الهواء. 

شكل تشانغ فريقًا مع طالب الدكتوراه رضا غفاريفارد واستخدم الميتامواد، الحسابات الرياضية، وتصميمًا هيكليًا مفتوحًا على شكل حلقة لإنشاء كاتم صوت مفتوح يمكنه الحفاظ على تهوية فعّالة مع تقليل الموجات الصوتية غير المرغوب فيها بنسبة تصل إلى 94٪. 

يمكن تسمية جهاز الكتم الذي صممه الثنائي أو رؤيته كـ “كاتم صوت ميتامادي صوتي فائق الفتح” يحتوي على فتحة مركزية كبيرة تسمح بمرور 60٪ من تدفق الهواء. يُلف منفذه المركزي بست قنوات حلزونية. نتيجة لذلك، يمكن للمنفذ توليد موجة خارج الطور على جانب الإرسال. الموجات الصوتية التي تنشأ من اصطدام القنوات المركزية والحلزونية تُلغي بعضها البعض، مما يلغي النقل فعليًا ويخلق الصمت. 

من أجل تنفيذ عملي على الأرض، قام الباحثون بإغلاق مكبر صوت في أحد طرفي أنبوب PVC وربطوا كاتم الميتامادة الصوتية في الطرف الآخر. تم تشغيل الصوت عبر مكبر الصوت بصوت عالٍ في الطرف المغلق من الأنبوب ولم يُسمع في الطرف المفتوح حتى كان الكاتم موجودًا. 

أثناء شرح خططه مع الحل، الذي تلقى بالفعل اهتمامًا من شركات كبرى عبر صناعات متعددة، قال تشانغ: 

«يقدم كاتم الميتامادة الصوتية الفائق الفتح إمكانات لتخفيف الضوضاء البيئية من مصادر متنوعة. نحن متحمسون لاستكشاف العديد من الفرص الجديدة حيث يمكن لتصميمنا أن يفيد الناس، بيئتنا، وظروف العمل من خلال تقليل الضوضاء.»

من الواضح الآن أن هذه الحلول، بغض النظر عن بساطتها الظاهرة من خلال تصاميمها الفعّالة، فعّالة في تحقيق هدفها. من الواضح أن الشركات في مجال الصوت والاكست acoustics ستناقش مثل هذه الحلول. أدناه، سنناقش عددًا من الشركات التي استثمرت البحث والموارد في إيجاد طرق جديدة لتقليل الضوضاء. 

#1. Silentium

تُعرف Silentium بتقنيتها الفريدة للتحكم النشط في الضوضاء (ANC). تقدم حلًا لإدارة الصوت المزعج عبر كامل الطيف باستخدام خوارزميات مملوكة. يمكن لهذه الخوارزميات التكيف مع تغيرات طيف الضوضاء وتحقيق تقليل للضوضاء يقارب 10 ديسيبل (A). 

مثل القماش الحريري المخفض للضوضاء، تعمل حلول Silentium أيضًا في مساحات أكبر نسبيًا، مثل داخل السيارة. تقنية ‘فقاعة الهدوء’ تقلل الضوضاء من خلال تركيب الخصائص الفيزيائية لحقل الضوضاء غير المرغوب فيه في منطقة هادئة مرغوبة. تُبنى الطريقة على خوارزمية متعددة القنوات قادرة على التحكم في حقل الصوت الناتج عن مجموعة من مكبرات الصوت. 

يمكن استخدام حل فقاعة الهدوء من Silentium على الأجهزة المنزلية الصاخبة، وفي المنتجات automotive لتقليل الصوت القادم من الرياح، الإطارات، المحرك، وأنظمة التكييف، وفي البيئات الصناعية لإنشاء بيئة عمل هادئة، وحتى ضمن وسائل النقل مثل القطارات، المطارات، والمحطات. 

يأتي حل فقاعة الهدوء من البداية إلى النهاية من Silentium كعرض متكامل جاهز مع عناصر برمجية ومادية.  

وفقًا لأحدث الأخبار، حصلت Silentium على جولة تمويل Series D موسعة. أغلقت الشركة الجولة بمجموع 63 مليون دولار أمريكي. قاد الجولة المستثمران المؤسسان الإسرائيليان Menora Mivtachim وMeitav Dash. 

كما أن الشركة لديها الشركة العالمية الرائدة في الإلكترونيات Molex كأحد المستثمرين. أثناء إعطاء فكرة عن ما قد يبدو عليه المستقبل لـ Silentium، قال يوئيل ناور، الرئيس التنفيذي للشركة، ما يلي: 

«نرحب بشركاء جدد يشاركوننا نفس الشغف بالأكست acoustics ويرون القيمة في تعزيز الخصوصية والرفاهية من خلال مساحات صوت شخصية. مع هذا الاستثمار الجديد، سنقوم بتوسيع تطوير وإطلاق حلول البرمجيات الخاصة بـ Active Acoustics لمصنعي السيارات ومورديها – خاصةً مع تطور متطلبات NVH في عصر التنقل الكهربائي والذاتي الجديد.»

#2. Zero Sound

تعد الشركة بإلغاء ضوضاء نشط عالي الجودة لمجموعة من حالات الاستخدام، من داخل سيارة أجرة صاخبة إلى الملاعب الخارجية الكبيرة. يمكن توسيع النطاق لأن الحل الأساسي يتكون من لوحة. يمكن زيادة عدد اللوحات لإلغاء الضوضاء وفقًا لمجال التطبيق. تدعي Zero Sound أن حلولها يمكنها إلغاء الضوضاء بنشاط، مما يقللها بنسبة تصل إلى 92٪. 

من خلال نشر أكثر من عشر لوحات ZS النشطة لإلغاء الضوضاء الرقمية معًا، يمكن تلبية احتياجات إلغاء الضوضاء للمجمعات الصناعية، مواقع البناء، الملاعب، تقاطعات السكك الحديدية والطرق. 

ما بين لوحة واحدة وتسع لوحات يكفي لإنشاء شبكة إلغاء للضوضاء للمولدات الكهربائية، المعدات الصناعية، الحفر، ومواقع البناء. 

أكثر من خمس لوحات تكفي لمساحة مغلقة، مثل تلك الموجودة في مكاتب داخلية، مستشفيات، غرف خوادم، وفنادق. وما بين لوحة واحدة وأربع لوحات يكفي لسيارات الطوارئ، المعدات الثقيلة، والمعدات الزراعية. 

وفقًا للبيانات المتاحة، أغلقت Zero Sound جولة تمويل بقيمة 880,000 دولار كندي في مايو 2018. 

مواجهة الضوضاء: الخطر الشائع للحدود المتجاوزة

الاتحاد الأوروبي، بصراحة تامة، يعترف بتلوث الضوضاء ك مشكلة رئيسية، لكل من صحة الإنسان والبيئة. بينما يمكن أن يؤدي التعرض الطويل للضوضاء إلى الانزعاج، اضطراب النوم، وتأثيرات سلبية على قلب الإنسان والنظام الأيضي، قد يتسبب الضوضاء البيئية في تدهور القدرات الإدراكية للأطفال. 

وفقًا لتقديرات وكالة البيئة الأوروبية (EEA)، الضوضاء البيئية هي السبب الرئيسي لـ 48,000 حالة جديدة من أمراض القلب الإقفارية سنويًا و12,000 حالة وفاة مبكرة. كما تساهم الضوضاء البيئية في إزعاج مزمن عالي لدى 22 مليون شخص واضطراب نوم مزمن عالي لدى 6.5 مليون شخص. أكثر من 12,000 طالب مدرسة يعانون من ضعف القراءة نتيجة ضوضاء الطائرات وحدها. 

لذلك، فإن مواجهة مخاطر الضوضاء مهمة تتطلب مكافحة شاملة. أحد أكثر المجالات عرضة بين كل هذه، حيث يتأثر عدد كبير من الناس في مساحة صغيرة جدًا، هو المجال الصناعي. 

تشير الأرقام إلى إمكانية وجود ما يصل إلى 22 مليون عامل أمريكي يواجهون مستويات ضوضاء خطرة في العمل. تم نشر العديد من الاستراتيجيات الجديدة للسيطرة على هذا الخطر من الضوضاء الصناعية. 

تخميل الطبقة المقيدة — الذي يتحقق بوضع مادة التخميد بين صفيحتين معدنيتين — كان طريقة مفيدة لتقليل الاهتزازات التي تولدها الآلات. 

لأغراض منزلية، توصل فريق من الباحثين في سنغافورة إلى فكرة مبتكرة للنوافذ الملغية للضوضاء. تركيب هذه الأنظمة على شبكات النوافذ يمكن أن يقلل incoming sounds by 50%. 

تلعب المستشعرات دورًا رئيسيًا في نجاح هذه الطريقة. تكتشف هذه المستشعرات الضوضاء الواردة وتصدر صوتًا بموجة مماثلة ولكن معكوسة بحيث يمكن للموجات الصوتية خارج الطور أن تعاكس الموجات الواردة، وتشتتها قبل أن تتقدم أكثر. 

إحدى أكثر الحلول تطورًا وإثارة التي ظهرت في السنوات الأخيرة هي الرغوة العازلة للصوت باستخدام تقنية النانو. تستخدم تقنية النانو لتحويل الموجات الصوتية إلى حرارة. الحل متاح وجاهز للتوسيع، حيث يستخدم رغوة عزل صوتية جاهزة كأساس. ثم تُحقن هذه الرغوة بمسحوق نانوي لإنشاء قنوات دقيقة داخلها. هذه القنوات أو الأنابيب تحول الاهتزازات الصوتية إلى حرارة، مما يشتت الصوت. 

مكافحة خطر الصوت يتطلب مزيدًا من الحلول المبتكرة واستعداد الشركات المصنعة الكبرى والجهات الصناعية للاستثمار بحكمة في حلول خفض الصوت. بما أن الصوت غير مرئي، فإن تهديده غالبًا ما يفوت الرادار. لا تظهر ضررته إلا عندما ندرك الأذى الذي ألحقه بأجسامنا وذواتنا الداخلية. إنه يتطلب مزيدًا من الوعي، بالتأكيد! 

انقر هنا لتتعرف على كل شيء حول إنقاذ الأرواح باستخدام خفض الضوضاء المدعوم بالذكاء الاصطناعي.