Σιωπή που γεννιέται από μετάξι: Νέος Ορίζοντας Ανοίγει στην Καταπολέμηση της Απειλής του Θορύβου

Η σιωπή είναι πολύτιμη. Σύμφωνα με το American Institute of Stress, έως και 77 percent of people in the United States εμφανίζουν κάποια φυσικά σημάδια στρες στην καθημερινή τους ζωή, και μια περίοδος σιωπής κάθε μέρα μπορεί να τους βοηθήσει να χαλαρώσουν και να μειώσουν τα επίπεδα στρες.

Η σιωπή βοηθά στη μείωση της αρτηριακής πίεσης, στη βελτίωση της συγκέντρωσης και της εστίασης, στη βελτίωση της αϋπνίας, στην ενθάρρυνση του διαλογισμού και πολλά άλλα.

Αλλά είναι εύκολο να επιτευχθεί η σιωπή στην αστική ζωή που ζούμε σήμερα; Πάρτε για παράδειγμα τη Μουμπάι, την εμπορική πρωτεύουσα της Ινδίας. Έχει παρατηρήσει ότι τα επίπεδα θορύβου της φτάνουν κοντά στα 124 ντεσιμπέλ. Τέτοια υψηλά επίπεδα ήχου θα μπορούσαν να τοποθετηθούν κάπου μεταξύ της λειτουργίας μιας αλυσίδας πριόνου (120 dB) και της απογείωσης στρατιωτικών αεροσκαφών.

Στη Νέα Υόρκη, το New York City Department of Buildings έλαβε έως και 3,700 καταγγελίες θορύβου σε ένα χρόνο, συμπεριλαμβανομένων των ήχων κατασκευαστικού θορύβου, της κυκλοφοριακής συμφόρησης (75dB to 80dB), των τριζοειδών μετρό (80dB to 100dB), και των τρυπανιών (110dB).

Το ερώτημα είναι, πώς μπορούμε να βρούμε έναν ήσυχο χώρο όταν τα αναπόφευκτα καθημερινά μας στοιχεία είναι τόσο θορυβώδη;

Οι ερευνητές σκέφτονται λύσεις εδώ και αρκετό καιρό. Μια διεπιστημονική συνεργασία ερευνητών από το MIT και άλλους έχει αναπτύξει μια λύση: ένα μεταξωτό ύφασμα καταστολής ήχου.

Ύφασμα Καταστολής Ήχου από Μετάξι για Δημιουργία Ήσυχων Χώρων

Το ύφασμα που χρησιμοποιείται στο μετάξι είναι σχεδόν τόσο λεπτό όσο ένα ανθρώπινο τριχό. Η εφαρμογή τάσης κάνει τη ίνα που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία αυτού του υφάσματος να δονείται. Και αυτές οι δονήσεις βοηθούν στην καταστολή του ήχου.

Σε ένα πρωτογενές και πιο προβλέψιμο επίπεδο, τα κύματα ήχου που παράγονται από το δονούμενο ύφασμα παρεμβαίνουν με τον ανεπιθύμητο θόρυβο και τον ακυρώνουν. Αυτή η τεχνική είναι αποτελεσματική μόνο όταν εφαρμόζεται σε μικρό χώρο. Τα ακουστικά ακύρωσης θορύβου, καθώς λειτουργούν μόνο στον περιορισμένο χώρο των αυτιών μας, βασίζονται σε αυτή την αρχή της ακύρωσης θορύβου.

Αλλά αυτό το ύφασμα υπερβαίνει την παραδοσιακή ακύρωση θορύβου καταστέλλοντας τις δονήσεις που είναι θεμελιώδεις για τη μετάδοση του ήχου. Μπορεί να καταστέλλει τον ήχο σε πολύ μεγαλύτερο χώρο, όπως ένα σαλόνι.

Οι ερευνητές έλεγξαν την αποτελεσματικότητα και των δύο μεθόδων καταστολής θορύβου. Στη λειτουργία άμεσης καταστολής, το μεταξωτό ύφασμα μπορούσε να μειώσει την ένταση των ήχων έως και 65 Decibels. Στη δεύτερη λειτουργία, όπου η ακύρωση δόνησης είναι το κλειδί, το ύφασμα μπορούσε να μειώσει τη μετάδοση ήχου έως και 75 percent.

Ένα ακόμη κρίσιμο στοιχείο της εφεύρεσης ήταν ότι χρησιμοποίησε εύκολα διαθέσιμα υλικά όπως το μετάξι, το καμβά και το μούσιν. Έχει υψηλές εφαρμογές στην πραγματική ζωή, όπως η δημιουργία χωρισμάτων σε ανοιχτούς χώρους εργασίας και η προσφορά λεπτών υφασμάτων τοίχων για την αποτροπή διέλευσης ήχου.

Καθώς μιλούσε για την επιτυχία που θα μπορούσε να επιτύχει αυτό το μεταξωτό ύφασμα καταστολής ήχου, ο Yoel Fink, καθηγητής στα τμήματα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών και Ηλεκτρονικής Μηχανικής και Πληροφορικής, είχε τα εξής να πει:

“Ο θόρυβος είναι πολύ πιο εύκολο να δημιουργηθεί από τη σιωπή. Για να κρατήσουμε τον θόρυβο έξω, αφιερώνουμε πολύ χώρο σε παχιά τοιχώματα. [First author] Grace’s work provides a new mechanism for creating quiet spaces with a thin sheet of fabric.”

Ωστόσο, δεν είναι η πρώτη φορά που η ομάδα ερευνητών που συμμετέχει σε αυτή την προσπάθεια ακολούθησε μια καινοτόμο προσέγγιση για την καταστολή ήχου. Η ομάδα προσπάθησε να δημιουργήσει μικρόφωνα υφάσματος ραφώντας ένα μόνο νήμα πιεζοηλεκτρικής ίνας στο ύφασμα. Αυτά τα πιεζοηλεκτρικά υλικά παρήγαγαν ηλεκτρικό σήμα όταν συμπιέζονταν ή λυγίζονταν. Μετατράπησαν επίσης τις δονήσεις ήχου σε σήματα. Παρόλο που η μέθοδος θα μπορούσε να αποδείξει την αξία της, δεν μπορούσε να λειτουργήσει πέρα από έναν περιορισμένο χώρο.

Με την τρέχουσα έρευνα για το μεταξωτό νήμα καταστολής ήχου, οι ερευνητές θέλουν να εξετάσουν πώς η λύση τους μπορεί να φράξει τον ήχο πολλαπλών συχνοτήτων στο μέλλον.

Σύμφωνα με τη Grace Yang:

“Υπάρχουν πολλά κουμπιά που μπορούμε να ρυθμίσουμε για να κάνουμε αυτό το ύφασμα καταστολής ήχου αποτελεσματικό. Θέλουμε να κάνουμε τους ανθρώπους να σκέφτονται τον έλεγχο των δομικών δονήσεων για την καταστολή ήχου. Αυτή είναι μόνο η αρχή.”

Η επιθυμία να εξαλειφθεί ο ανεπιθύμητος θόρυβος είναι ένα σύμπτωμα της εποχής μας. Οι ερευνητές έχουν εμπνευστεί να αναπτύξουν λύσεις σε αυτόν τον τομέα. Πριν από μερικά χρόνια, οι ερευνητές προσπάθησαν να αξιοποιήσουν τα ακουστικά μεταϋλικά για να αποκλείσουν τον ήχο.

Επίτευξη Σιωπής μέσω Ακουστικών Μεταϋλικών

Σε βασικούς επιστημονικούς όρους, ένα μεταϋλικό είναι «τεχνητά δομημένα υλικά που ελέγχουν και διαμορφώνουν τη ροή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ή ενδεχομένως οποιουδήποτε άλλου τύπου φυσικών κυμάτων».

Ο Xin Zhang, καθηγητής μηχανολογικής μηχανικής στο Boston University, ανέπτυξε αυτή τη λύση καταστολής σιωπής, κατασκευασμένη με ακουστικά μεταϋλικά, για να αποκλείσει τον θόρυβο διατηρώντας τη ροή του αέρα.

Ο Zhang σχημάτισε μια ομάδα με τον διδακτορικό φοιτητή Reza Ghaffarivarda και χρησιμοποίησε μεταϋλικά, μαθηματικούς υπολογισμούς και ένα ανοιχτό, δακτυλιοειδές δομικό σχέδιο για να δημιουργήσει έναν ανοιχτό σιγαστή που θα μπορούσε να διατηρήσει αποτελεσματικό αερισμό ενώ μειώνει τα ανεπιθύμητα ακουστικά κύματα έως και 94 percent.

Η συσκευή σίγασης που σχεδίασαν οι δύο μπορεί να ονομαστεί ή να θεωρηθεί ως «ultra-open acoustic metamaterial silencer» που διαθέτει μεγάλο κεντρικό άνοιγμα με 60% airflow. Η κεντρική θύρα του περιβάλλεται από έξι ελικοειδείς δίαυλους. Ως αποτέλεσμα, η θύρα μπορεί να δημιουργήσει ένα κύμα εκτός φάσης στην πλευρά του πομπού. Τα ακουστικά κύματα που προέρχονται από την κεντρική και τις ελικοειδείς δίαυλους αναιρούν το ένα το άλλο, εξουδετερώνοντας ουσιαστικά τη μετάδοση και δημιουργώντας σιωπή.

Για λειτουργική, επί τόπου υλοποίηση, οι ερευνητές σφράγισαν ένα ηχείο σε ένα άκρο ενός σωλήνα PVC και στερέωσαν τον acoustic metamaterial silencer στο άλλο άκρο. Ο ήχος αναπαράχθηκε μέσω του ηχείου σε υψηλή ένταση στο κλειστό άκρο του σωλήνα και δεν μπορούσε να ακουστεί στο ανοιχτό άκρο μέχρι να τοποθετηθεί ο σιγαστής.

Καθώς εξηγούσε τα σχέδιά του με τη λύση, η οποία έχει ήδη λάβει ενδιαφέρον από μεγάλες εταιρείες σε πολλούς κλάδους, ο Zhang είπε:

“Ο ultra-open metamaterial silencer offers the potential to mitigate environmental noise from diverse sources. We are excited to explore many new opportunities where our design could benefit people, our environment, and working conditions by reducing noise.”

Τώρα είναι σαφές ότι αυτές οι λύσεις, ανεξάρτητα από το πόσο απλές φαίνονται μέσω των αποδοτικών σχεδίων τους, είναι αποτελεσματικές στην εξυπηρέτηση του σκοπού τους. Είναι αρκετά προφανές ότι οι εταιρείες στον τομέα του ήχου και της ακουστικής θα συζητήσουν τέτοιες λύσεις. Παρακάτω, θα συζητήσουμε μερικές εταιρείες που έχουν επενδύσει έρευνα και πόρους για την εύρεση νέων τρόπων καταστολής θορύβου.

#1. Silentium

Η Silentium είναι γνωστή για την μοναδική τεχνολογία Active Noise Control (ANC). Προσφέρει μια λύση διαχείρισης ήχου πλήρους φάσματος που περιλαμβάνει ιδιόκτητους αλγόριθμους. Αυτοί οι αλγόριθμοι μπορούν να προσαρμοστούν σε αλλαγές του φάσματος θορύβου και να επιτύχουν αποτελέσματα σχεδόν 10 dB (A) μείωση θορύβου.

Όπως το sound-suppressing silk, οι λύσεις της Silentium λειτουργούν επίσης σε σχετικά μεγαλύτερους χώρους, όπως το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου. Η τεχνολογία ‘Quite Bubble’ μειώνει τον θόρυβο συνθέτοντας τα φυσικά χαρακτηριστικά του ανεπιθύμητου πεδίου θορύβου σε μια επιθυμητή ζώνη ησυχίας. Η μέθοδος χτίστηκε upon a multichannel algorithm capable of controlling the sound field produced by an array of loudspeakers. 

Η λύση Silentium Quiet Bubble μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θορυβώδεις οικιακές συσκευές, σε αυτοκινητοβιομηχανικά προϊόντα για τη μείωση του ήχου που προέρχεται από τον αέρα, τα ελαστικά, τον κινητήρα και το HVAC, σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις για τη δημιουργία ενός ήσυχου εργασιακού περιβάλλοντος, και ακόμη και σε μέσα μεταφοράς όπως τρένα, αεροδρόμια και σταθμούς.

Η ολοκληρωμένη λύση Quiet Bubble της Silentium προσφέρεται ως πλήρης έτοιμη λύση με τόσο λογισμικό όσο και υλικό.

Σύμφωνα με τα τελευταία νέα, η Silentium είχε μια εκτεταμένη Series D. Η εταιρεία έκλεισε τον γύρο με συνολικό ποσό US$63 million. Οι Menora Mivtachim και Meitav Dash, και οι δύο Ισραηλινοί θεσμικοί επενδυτές, ηγήθηκαν του γύρου.

Η εταιρεία έχει επίσης τον παγκόσμιο ηγέτη ηλεκτρονικών Molex ως έναν από τους επενδυτές της.

Δίνοντας μια ιδέα για το πώς μπορεί να μοιάζει το μέλλον της Silentium, ο Yoel Naor, ο CEO της εταιρείας, είχε τα εξής να πει:

“Καλωσορίζουμε νέους συνεργάτες που μοιράζονται το ίδιο πάθος για την ακουστική και βλέπουν την αξία στην ενίσχυση της ιδιωτικότητας και της ευημερίας μέσω προσωπικών ηχητικών χώρων. Με αυτή τη νέα επένδυση, θα αυξήσουμε την ανάπτυξη και την κυκλοφορία των λύσεων λογισμικού Active Acoustics για κατασκευαστές οχημάτων και προμηθευτές αυτοκινητοβιομηχανίας – ειδικά καθώς οι απαιτήσεις NVH εξελίσσονται στη νέα εποχή της ηλεκτρικής και αυτόνομης κινητικότητας.”

#2. Zero Sound

Η εταιρεία υπόσχεται υψηλής ποιότητας ενεργό ακύρωση θορύβου για μια σειρά περιπτώσεων χρήσης, από το εσωτερικό ενός θορυβώδους ταξί μέχρι μεγάλες υπαίθριες στάδια. Η κλιμάκωση είναι δυνατή επειδή η βασική λύση αποτελείται από ένα panel. Ο αριθμός των panels μπορεί αυξηθεί to cancel noise as per the field of application. Zero Sound claims that its solutions can actively cancel noise, reducing it by up to 92%.

Με την εγκατάσταση περισσότερων από δέκα ενεργών ψηφιακών πάνελ ZS μαζί, μπορεί κανείς να καλύψει τις ανάγκες ακύρωσης θορύβου σε βιομηχανικά συγκροτήματα, εργοτάξια, στάδια, σιδηροδρομικούς & road crossings.

Οπουδήποτε μεταξύ ενός και εννέα πάνελ είναι αρκετό για τη δημιουργία δικτύου καταστολής για γεννήτριες, βιομηχανικό εξοπλισμό, γεώτρηση και εργοτάξια.

Περισσότερα από πέντε πάνελ είναι αρκετά για έναν κλειστό χώρο, όπως αυτά που βρίσκονται σε εσωτερικούς χώρους γραφείων, νοσοκομεία, δωμάτια διακομιστών και ξενοδοχεία. Και οπουδήποτε μεταξύ ενός και τεσσάρων πάνελ είναι επαρκές για τα ταξί των οχημάτων έκτακτης ανάγκης, βαρέα εξοπλισμό και γεωργικό εξοπλισμό.

Σύμφωνα με διαθέσιμα δεδομένα, η Zero Sound είχε έναν γύρο χρηματοδότησης κλειστό στα CA$880,000 in Μάιος 2018. 

Αντιμετώπιση του Θορύβου: ο Πανταχού Παρών Κίνδυνος των Υπερβατικών Ορίων

Η Ευρωπαϊκή Ένωση, χωρίς αμφιβολία, αναγνωρίζει τη ρύπανση από θόρυβο ως σημαντικό πρόβλημα, τόσο για την ανθρώπινη υγεία όσο και για το περιβάλλον. Ενώ η μακροπρόθεσμη έκθεση σε γνώση μπορεί να οδηγήσει σε ενοχλήσεις, διαταραχές ύπνου και αρνητικές επιδράσεις στην καρδιά και το μεταβολικό σύστημα, ο περιβαλλοντικός θόρυβος μπορεί να προκαλέσει γνωστικά μειωμένα παιδιά.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του EEA, ο περιβαλλοντικός θόρυβος είναι η κύρια αιτία 48.000 νέων περιπτώσεων ισχαιμικής καρδιακής νόσου ετησίως και 12.000 πρόωρων θανάτων. Ο περιβαλλοντικός θόρυβος επίσης συμβάλλει σε χρόνια υψηλή ενοχλητικότητα σε 22 εκατομμύρια ανθρώπους και σε χρόνια υψηλή διαταραχή ύπνου σε 6,5 εκατομμύρια ανθρώπους. Πάνω από 12.000 μαθητές υποφέρουν από προβλήματα ανάγνωσης εξαιτίας του θορύβου αεροπλάνων μόνο.

Η αντιμετώπιση των κινδύνων του θορύβου, επομένως, είναι μια αποστολή που απαιτεί ολοκληρωμένη καταπολέμηση. Ένας από τους πιο ευάλωτους τομείς, όπου ένας μεγάλος αριθμός ανθρώπων επηρεάζεται σε πολύ μικρό χώρο, είναι ο βιομηχανικός χώρος.

Τα νούμερα υποδεικνύουν τη δυνατότητα έως και 22 million US workers facing hazardous noise levels at work. Πολλές νέες στρατηγικές έχουν εφαρμοστεί to keep this menace of industrial noise under control.

Η αποσβέση περιορισμένων στρωμάτων—επιτυγχάνοντας την τοποθέτηση του αποσβεστικού υλικού μεταξύ δύο μεταλλικών φύλλων—έχει αποδειχθεί χρήσιμη μέθοδος για τη μείωση των δονήσεων που παράγονται από μηχανές.

Για οικιακούς σκοπούς, μια ομάδα ερευνητών στη Σιγκαπούρη ανέπτυξε την καινοτόμο ιδέα των παραθύρων ακύρωσης θορύβου. Η τοποθέτηση αυτών των συστημάτων σε πλέγματα παραθύρων μπορεί να μειώσει τους εισερχόμενους ήχους κατά 50%.

Οι αισθητήρες παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επιτυχία αυτής της μεθόδου. Αυτοί οι αισθητήρες ανιχνεύουν τον εισερχόμενο θόρυβο και παίζουν ήχο με παρόμοιο αλλά αντιστροφή κυματομορφή ώστε τα εκτός φάσης κύματα ήχου να αντισταθμίζουν τα εισερχόμενα κύματα, διασκορπίζοντάς τα πριν προχωρήσουν περαιτέρω.

Μία από τις πιο εξελιγμένες και συναρπαστικές λύσεις που εμφανίστηκαν τα τελευταία χρόνια είναι η αφρός ηχομόνωσης νανοτεχνολογίας. Χρησιμοποιεί νανοτεχνολογία για να μετατρέπει τα ηχητικά κύματα σε θερμότητα. Η λύση είναι προσβάσιμη και έτοιμη για κλιμάκωση, καθώς χρησιμοποιεί διαθέσιμο αφρό ηχομόνωσης έτοιμο για χρήση ως βάση. Αυτός ο αφρός εν συνεχεία εγχέεται με νανοσκόνη για τη δημιουργία μικροσκοπικών καναλιών μέσα του. Αυτά τα κανάλια ή σωλήνες μετατρέπουν τις ακουστικές δονήσεις σε θερμότητα, διασκορπίζοντας τον ήχο.

Η καταπολέμηση της απειλής του ήχου απαιτεί περισσότερες καινοτόμες λύσεις και τη διάθεση των μεγάλων κατασκευαστών και βιομηχανικών παικτών να επενδύσουν με σύνεση σε λύσεις καταστολής ήχου. Δεδομένου ότι ο ήχος δεν είναι ορατός, η απειλή του συχνά περνάει απαρατήρητη. Η βλαβερότητά του εμφανίζεται μόνο όταν συνειδητοποιούμε τη ζημιά που έχει προκαλέσει στα σώματά μας και στην εσωτερική μας ψυχή. Απαιτεί περισσότερη ευαισθητοποίηση, σίγουρα!

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε όλα για τη διάσωση ζωών με την ενισχυμένη με AI καταστολή θορύβου.