Stilhed Født af Silke: Ny Horisont Åbner Sig i Bekæmpelsen af Støjmets Trussel

Stilhed er kostbar. Ifølge American Institute of Stress er så meget som 77 procent af folk i USA viser nogle fysiske tegn på stress i deres daglige liv, og en periode med stilhed hver dag kan hjælpe dem med at slappe af og reducere stressniveauerne. 

Stilhed hjælper med at sænke blodtrykket, forbedre koncentration og fokus, forbedre søvnløshed, fremme mindfulness og mere. 

Men er det let at opnå stilhed i det urbane liv, vi lever i dag? Tag for eksempel Mumbai, Indiens kommercielle hovedstad. Den har oplevet støjniveauer på næsten 124 decibel. Så høje lydniveauer kan placeres et sted mellem at køre en motorsav (120 dB) og affyring af militære jetfly. 

I NYC modtog New York City Department of Buildings så mange som 3.700 støjklager på et år, herunder lyde fra byggearbejde, trafikprop (75 dB til 80 dB), skrigende metroer (80 dB til 100 dB) og boremaskiner (110 dB).

Spørgsmålet er, hvordan finder vi et stille sted, når vores uundgåelige daglige livskomponenter er så støjende?

Forskere har i et stykke tid overvejet løsninger. Et tværfagligt samarbejde mellem forskere fra MIT og andre steder har udviklet en løsning: et lydundertrykkende silke stof. 

Lydundertrykkende Silke Stof til at Skabe Stille Rum

Stoffet, der bruges i silken, er næsten ikke tykkere end et menneskehår. Påføring af en spænding får fiberen, der er blevet brugt til at skabe dette stof, til at vibrere. Og det er disse vibrationer, der hjælper med at undertrykke lyden. 

På et grundlæggende og mere forudsigeligt niveau interfererer lydbølgerne, der genereres af det vibrerende stof, med uønsket støj og annullerer dem. Denne teknik er kun effektiv, når den anvendes inden for et lille rum. Støjreducerende hovedtelefoner, da de kun virker i det begrænsede rum omkring vores ører, trives på dette princip for støjannullering. 

Men dette stof går et skridt videre end konventionel støjreduktion ved at undertrykke vibrationer, der er grundlæggende for lydtransmission. Det kan undertrykke lyd i en stue, som er et meget større rum. 

Forskerne testede effektiviteten af begge støjundertrykkelsesmetoder. I den direkte undertrykkelsestilstand kunne silke stoffet reducere lydstyrken med op til 65 decibel. I den anden tilstand, hvor vibrationsannullering er nøglen, kunne stoffet reducere lydtransmissionen med op til 75 procent.

Et andet vigtigt aspekt af opfindelsen var, at den brugte let tilgængelige materialer som silke, lærred og muslin. Den har mange praktiske anvendelser, såsom at lave skillevægge i åbne arbejdspladser og tilbyde tynde stofvægge for at forhindre, at lyd trænger igennem. 

Mens han talte om den succes, som dette lydundertrykkende silke kan opnå, sagde Yoel Fink, professor i afdelingerne for Materialevidenskab og Ingeniørvidenskab samt Elektroteknik og Datalogi, følgende::

“Støj er meget lettere at skabe end stilhed. For at holde støj ude, afsætter vi meget plads til tykke vægge. [First author] Graces arbejde giver en ny mekanisme til at skabe stille rum med et tyndt stykke stof.”

Det er dog ikke første gang, at forskergruppen bag dette forsøg har valgt en ny tilgang til at undertrykke lyd. Gruppen forsøgte at skabe stofmikrofoner ved at sy en enkelt tråd af piezoelektrisk fiber ind i stoffet. Disse piezoelektriske materialer producerede et elektrisk signal ved sammentrækning eller bøjning. De omdannede også lydvibrationer til signaler. Selvom metoden kunne bevise sin værdi, kunne den ikke fungere ud over et begrænset rum. 

Med den nuværende forskning i lydundertrykkende silke-fiber ønsker forskerne at undersøge, hvordan deres løsning i fremtiden kan blokere lyden af flere frekvenser. 

Ifølge Grace Yang:

“Der er mange indstillinger, vi kan justere for at gøre dette lydundertrykkende stof effektivt. Vi vil få folk til at tænke på at kontrollere strukturelle vibrationer for at undertrykke lyd. Dette er kun begyndelsen.”

Trangen til at fjerne uønsket støj er et symptom på vores tid. Forskere har været inspireret til at udvikle løsninger på dette område. For et par år siden forsøgte forskere at udnytte akustiske metamaterialer til at blokere lyd. 

Opnå Stilhed gennem Akustiske Metamaterialer

I kernevindenskabelige termer er en metamaterial er “kunstig strukturerede materialer, der kontrollerer og former strømmen af elektromagnetiske bølger eller eventuelt enhver anden type fysiske bølger.” 

Xin Zhang, professor i maskinteknik ved Boston University, udviklede denne stilhedsundertrykkende løsning, bygget med akustiske metamaterialer, for at blokere støj samtidig med at opretholde luftstrøm. 

Zhang dannede et team med PhD-studenten Reza Ghaffarivarda og brugte metamaterialer, matematiske beregninger og et åbent, ringformet strukturelt design til at skabe en åben lyddæmper, der kunne opretholde effektiv ventilation, mens den reducerede uønskede akustiske bølger med op til 94 procent.

Lyddæmpningsenheden, som duoen designede, kan kaldes eller ses som en “ultra-åben akustisk metamaterial lyddæmper”, der har en stor central åbning med 60 % luftgennemstrømning. Dens centrale port er omsluttet af seks helikale kanaler. Som resultat kan porten generere en ud-fasetransmission på senderens side.  De akustiske bølger, der opstår ved at ramme den centrale og de helikale kanaler, annullerer hinanden, hvilket i praksis eliminerer transmissionen og skaber stilhed. 

For funktionel, praktisk implementering forseglede forskerne en højttaler i den ene ende af et PVC-rør og fastgjorde den akustiske metamaterial lyddæmper i den anden ende. Lyd blev afspillet gennem højttaleren med høj volumen i den lukkede ende af røret og kunne ikke høres i den åbne ende, før lyddæmperen var til stede. 

Mens han forklarede sine planer med løsningen, som allerede har modtaget interesse fra store virksomheder på tværs af mange industrier, sagde Zhang:

“Den ultra-åbne metamaterial lyddæmper tilbyder potentialet til at mindske miljøstøj fra forskellige kilder. Vi er begejstrede for at udforske mange nye muligheder, hvor vores design kan gavne mennesker, vores miljø og arbejdsforhold ved at reducere støj.”

Det er nu klart, at disse løsninger, uanset hvor simple de ser ud gennem deres effektive design, er effektive i at tjene deres formål. Det er ganske tydeligt, at virksomheder inden for lyd- og akustikområdet vil overveje sådanne løsninger. Nedenfor vil vi diskutere et par virksomheder, der har investeret forskning og ressourcer i at finde nye måder at undertrykke støj på. 

#1. Silentium

Silentium er kendt for sin unikke Active Noise Control (ANC) teknologi. Den tilbyder en fuldspektral forstyrrende lydstyringsløsning, der involverer proprietære algoritmer. Disse algoritmer kan tilpasse sig ændringer i støjspektret og opnå resultater på næsten 10 dB (A) støjreduktion. 

Ligesom det lydundertrykkende silke fungerer Silentiums løsninger også i forholdsvis større rum, som f.eks. indersiden af en bil. Dens ‘Quiet Bubble’ teknologi reducerer støj ved at syntetisere de fysiske egenskaber af det uønskede støjfelt i en ønsket stille zone. Metoden er bygget på en multikanal algoritme, der kan kontrollere lydfeltet produceret af en række højttalere. 

Silentium Quiet Bubble løsningen kan bruges på støjende husholdningsapparater, i bilprodukter for at reducere lyden fra vind, dæk, motor og HVAC, i industrielle opsætninger for at skabe et stille arbejdsmiljø, og endda i transportformer som tog, lufthavne og stationer. 

Quiet Bubble end-to-end løsningen fra Silentium leveres som et komplet turnkey-tilbud med både software- og hardwareelementer.  

Ifølge de seneste nyheder havde Silentium en udvidet Series D. Virksomheden afsluttede runden med i alt 63 millioner USD. Menora Mivtachim og Meitav Dash, begge israelske institutionelle investorer, ledede runden. 

Virksomheden har også den globale elektronikleder Molex som en af sine investorer. Mens han giver en idé om, hvordan fremtiden kan se ud for Silentium, sagde Yoel Naor, virksomhedens administrerende direktør, følgende:

“Vi byder nye partnere velkommen, som deler den samme passion for akustik og ser værdien i at forbedre privatliv og velvære gennem personlige lydrum. Med denne nye investering vil vi skalere udviklingen og udrulningen af vores Active Acoustics softwareløsninger til bilproducenter og leverandører – især efterhånden som NVH-kravene udvikler sig i den nye æra af elektrisk og autonom mobilitet.”

#2. Zero Sound

Virksomheden lover høj kvalitet aktiv støjannullering for en række anvendelsestilfælde, fra indersiden af en støjende taxa til store udendørs stadioner. Skalering er mulig, fordi kerne-løsningen består af et panel. Antallet af paneler kan øges for at annullere støj i henhold til anvendelsesområdet. Zero Sound hævder, at deres løsninger kan aktivt annullere støj, og reducere den med op til 92 %. 

Ved at implementere mere end ti ZS aktive digitale støjundertrykkelsespaneler sammen, kan man imødekomme støjannulleringsbehovene i industrielle komplekser, byggepladser, stadioner, jernbane- og vejovergange. 

Et sted mellem én og ni paneler er tilstrækkeligt til at skabe et undertrykkelsesnetværk for kraftgeneratorer, industrimaskiner, boring og byggepladser. 

Mere end fem paneler er nok til et lukket rum, såsom dem der findes i kontorinteriører, hospitaler, serverrum og hoteller. Og et sted mellem én og fire paneler er tilstrækkeligt til kabinerne i redningskøretøjer, tungt udstyr og landbrugsudstyr. 

Ifølge tilgængelige data havde Zero Sound en finansieringsrunde, der lukkede på CA$880.000 i maj 2018. 

Bekæmpelse af Støj: den Udbredte Fare ved Overskredne Grænser

Den Europæiske Union anerkender uden tvivl støjforurening som et stort problem, både for menneskers sundhed og miljøet. Langvarig eksponering kan føre til irritation, søvnforstyrrelser og negative virkninger på menneskets hjerte og stofskifte, mens miljøstøj kan resultere i kognitivt påvirkede børn. 

Ifølge EEA’s estimater er miljøstøj den primære årsag til 48.000 nye tilfælde af iskæmisk hjertesygdom om året og 12.000 for tidlige dødsfald. Miljøstøj bidrager også til kronisk høj irritation blandt 22 millioner mennesker og kronisk høj søvnforstyrrelse blandt 6,5 millioner mennesker. Mere end 12.000 skolebørn lider af læseforstyrrelser som følge af kun flystøj alene. 

Bekæmpelse af støjfarerne er derfor en opgave, der kræver en helhedsorienteret indsats. Et af de mest sårbare områder blandt alle disse, hvor et stort antal mennesker påvirkes inden for et meget lille rum, er industrirummet. 

Tal viser muligheden for, at så mange som 22 millioner amerikanske arbejdere står over for farlige støjniveauer på arbejdet. Mange nye strategier er blevet implementeret for at holde denne trussel fra industriel støj under kontrol. 

Begrænset lagdæmpning – opnået ved at placere dæmpningsmaterialet mellem to metalplader – har været en nyttig metode til at reducere vibrationer genereret af maskiner. 

Til husholdningsformål har en gruppe forskere i Singapore udviklet den innovative idé om støjreducerende vinduer. Montering af disse systemløsninger på vinduesgitter kan reducere indkommende lyde med 50%. 

Sensorer spiller en nøglerolle i at gøre denne metode til en succes. Disse sensorer registrerer indkommende støj og afspiller en lyd med en lignende, men inverteret bølgeform, så disse ud-fasetransmissioner kan modvirke de indkommende bølger og sprede dem, før de når videre.

En af de mest sofistikerede og spændende løsninger, der er dukket op i de senere år, har været nanoteknologisk lydisoleringsskum. Det bruger nanoteknologi til at omdanne lydbølger til varme. Løsningen er tilgængelig og klar til opskalering, da den bruger almindeligt tilgængeligt lydisoleringsskum som base. Sådan skum injiceres derefter med et nanopulver for at skabe mikroskopiske kanaler i det. Disse kanaler eller rør omdanner akustiske vibrationer til varme, hvilket spreder lyden. 

Bekæmpelse af lydtruslen kræver flere innovative løsninger og viljen fra store producenter og industrispillere til at investere klogt i støjundertrykkelsesløsninger. Da lyd ikke er synlig, går dens trussel ofte ubemærket hen. Dens skadelighed kommer først i forgrunden, når vi indser den skade, den har forvoldt på vores kroppe og indre selv. Det kræver helt sikkert mere bevidsthed!

Klik her for at lære alt om at redde liv med AI-forbedret støjundertrykkelse.