Silencio nacido de la seda: Un nuevo horizonte se abre en la lucha contra la amenaza del ruido

El silencio es precioso. Según el Instituto Americano de Estrés, hasta el 77 por ciento de las personas en los Estados Unidos muestran algunos signos físicos de estrés en su vida cotidiana, y un período de silencio cada día puede ayudarles a relajarse y reducir los niveles de estrés. 

El silencio ayuda a reducir la presión arterial, mejorar la concentración y el enfoque, mejorar el insomnio, fomentar la atención plena y más. 

¿Pero es fácil lograr silencio en la vida urbana que llevamos hoy? Tomemos Mumbai, la capital comercial de la India, por ejemplo. Ha visto sus niveles de ruido acercarse a los 124 decibelios. Tales niveles altos de sonido podrían situarse entre el funcionamiento de una motosierra (120 dB) y el despegue de aviones militares. 

En Nueva York, el Departamento de Edificios de la Ciudad de Nueva York recibió hasta 3,700 quejas de ruido en un año, incluyendo los sonidos de ruido de construcción, congestión de tráfico (75 dB a 80 dB), subterráneos chirriantes (80 dB a 100 dB) y martillos neumáticos (110 dB).

La pregunta es, ¿cómo encontramos un lugar de tranquilidad cuando nuestros componentes inevitables de la vida diaria son tan ruidosos?

Los investigadores han estado contemplando soluciones desde hace bastante tiempo. Una colaboración interdisciplinaria de investigadores del MIT y de otros lugares ha desarrollado una solución: una tela de seda que suprime el sonido. 

Tela de seda que suprime el sonido para crear espacios silenciosos

La tela utilizada en la seda apenas es más gruesa que el cabello humano. La aplicación de un voltaje hace que la fibra que ha sido usada para crear esta tela vibre. Y son estas vibraciones las que ayudan a suprimir el sonido. 

A nivel primario y más predecible, las ondas sonoras generadas por la tela vibrante interfieren con el ruido no deseado y lo cancelan. Esta técnica es eficaz solo cuando se aplica dentro de un espacio pequeño. Los auriculares con cancelación de ruido, ya que funcionan solo en el espacio limitado de nuestros oídos, prosperan con este principio de cancelación de ruido. 

Pero esta tela va un paso más allá de la cancelación de ruido convencional al suprimir vibraciones que son fundamentales para la transmisión del sonido. Puede suprimir el sonido en un espacio mucho más amplio, como el de una sala de estar. 

Los investigadores probaron la efectividad de ambos métodos de supresión de ruido. En el modo de supresión directa, la tela de seda pudo reducir el volumen de los sonidos hasta 65 decibelios. En el segundo modo, donde la cancelación de vibraciones es clave, la tela pudo reducir la transmisión del sonido hasta un 75 por ciento.

Otro aspecto crucial de la invención fue que utilizó materiales de fácil acceso como seda, lona y muselina. Tiene altas aplicaciones en la vida real, como la creación de divisores en espacios de trabajo abiertos y la oferta de paredes de tela delgada para evitar que el sonido atraviese.

Al hablar del éxito que esta seda que suprime el sonido podría lograr, Yoel Fink, profesor en los departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales y de Ingeniería Eléctrica e Informática, dijo lo siguiente:

“El ruido es mucho más fácil de crear que el silencio. Para mantener el ruido fuera, dedicamos mucho espacio a paredes gruesas. El trabajo de [First author] Grace ofrece un nuevo mecanismo para crear espacios silenciosos con una hoja delgada de tela.”

Sin embargo, no es la primera vez que el grupo de investigadores involucrado en este intento opta por un enfoque novedoso para suprimir el sonido. El grupo intentó crear micrófonos de tela cosiendo una sola hebra de fibra piezoeléctrica en la tela. Estos materiales piezoeléctricos producían una señal eléctrica al ser comprimidos o doblados. También convertían vibraciones sonoras en señales. Aunque el método pudo demostrar su valía, no podía funcionar más allá de un espacio limitado. 

Con la investigación actual sobre la fibra de seda que suprime el sonido, los investigadores quieren explorar cómo su solución puede bloquear el sonido de múltiples frecuencias en el futuro. 

Según Grace Yang:

“Hay muchos ajustes que podemos modificar para que esta tela que suprime el sonido sea eficaz. Queremos que la gente piense en controlar las vibraciones estructurales para suprimir el sonido. Esta es solo el comienzo.”

El impulso de eliminar el ruido no deseado es un síntoma de nuestros tiempos. Los investigadores se han inspirado para desarrollar soluciones en este área. Hace un par de años, los investigadores intentaron aprovechar los metamateriales acústicos para bloquear el sonido. 

Logrando el silencio mediante metamateriales acústicos

En términos científicos básicos, un metamaterial es “materiales estructurados artificialmente que controlan y moldean el flujo de ondas electromagnéticas o posiblemente cualquier otro tipo de ondas físicas.” 

Xin Zhang, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Boston, desarrolló esta solución que suprime el silencio, construida con metamateriales acústicos, para bloquear el ruido mientras preserva el flujo de aire. 

Zhang formó un equipo con el estudiante de doctorado Reza Ghaffarivarda y utilizó metamateriales, cálculos matemáticos y un diseño estructural abierto en forma de anillo para crear un silenciador abierto que pudiera mantener una ventilación eficiente mientras reducía las ondas acústicas no deseadas hasta un 94 por ciento.

El dispositivo de silenciación que el dúo diseñó puede llamarse o verse como un “silenciador de metamaterial acústico ultraabierto” que tiene una gran apertura central con un 60 % de flujo de aire. Su puerto central está envuelto con seis canales helicoidales. Como resultado, el puerto puede generar una onda fuera de fase en el lado del transmisor.  Las ondas acústicas que se generan al golpear los canales centrales y helicoidales se cancelan entre sí, anulando efectivamente la transmisión y creando silencio. 

Para una implementación funcional y práctica, los investigadores sellaron un altavoz en un extremo de una tubería de PVC y fijaron el silenciador de metamaterial acústico en el otro extremo. El sonido se reprodujo a través del altavoz a alto volumen en el extremo cerrado de la tubería y no se escuchó en el extremo abierto hasta que el silenciador estuvo presente. 

Al explicar sus planes con la solución, que ya ha recibido interés de grandes empresas de diversas industrias, Zhang dijo:

“El silenciador de metamaterial ultraabierto ofrece el potencial de mitigar el ruido ambiental de diversas fuentes. Estamos emocionados de explorar muchas nuevas oportunidades donde nuestro diseño podría beneficiar a las personas, nuestro entorno y las condiciones de trabajo al reducir el ruido.”

Ahora está claro que estas soluciones, independientemente de cuán simples parezcan a través de sus diseños eficientes, son efectivas para cumplir su propósito. Es bastante obvio que las empresas en el campo del sonido y la acústica deliberarán sobre tales soluciones. A continuación, discutiremos un par de empresas que han invertido investigación y recursos en encontrar nuevas formas de suprimir el ruido. 

#1. Silentium

Silentium es conocido por su única tecnología de Control Activo de Ruido (ANC). Ofrece una solución de gestión de sonido disruptiva de espectro completo que involucra algoritmos propietarios. Estos algoritmos pueden adaptarse a cambios en el espectro de ruido y lograr una reducción de ruido de casi 10 dB (A). 

Al igual que la seda que suprime el sonido, las soluciones de Silentium también funcionan en espacios comparativamente más grandes, como el interior de un coche. Su tecnología ‘Quiet Bubble’ reduce el ruido sintetizando las características físicas del campo de ruido no deseado en una zona deseada de silencio. El método está construido sobre un algoritmo multicanal capaz de controlar el campo sonoro producido por una matriz de altavoces. 

La solución Silentium Quiet Bubble puede usarse en electrodomésticos ruidosos, en productos automotrices para reducir el sonido proveniente del viento, los neumáticos, el motor y el HVAC, en entornos industriales para crear un ambiente de trabajo silencioso, e incluso en modos de transporte como trenes, aeropuertos y estaciones. 

La solución integral Quiet Bubble de Silentium se presenta como una oferta completa llave en mano con elementos tanto de software como de hardware.  

Según las últimas noticias, Silentium tuvo una ampliación de la Serie D. La empresa cerró la ronda con un total de US$63 millones. Menora Mivtachim y Meitav Dash, ambos inversores institucionales israelíes, lideraron la ronda. 

La empresa también cuenta con el líder global de electrónica Molex como uno de sus inversores. Al dar una idea de cómo podría ser el futuro para Silentium, Yoel Naor, el CEO de la empresa, dijo lo siguiente:

“Damos la bienvenida a nuevos socios que comparten la misma pasión por la acústica y ven el valor de mejorar la privacidad y el bienestar a través de espacios sonoros personales. Con esta nueva inversión, escalaremos el desarrollo y el despliegue de nuestras soluciones de software Active Acoustics para fabricantes de vehículos y proveedores automotrices, especialmente a medida que los requisitos de NVH evolucionan en la nueva era de la movilidad eléctrica y autónoma.”

#2. Zero Sound

La empresa promete cancelación activa de ruido de alta calidad para una variedad de casos de uso, desde el interior de una cabina ruidosa hasta grandes estadios al aire libre. Escalar es posible porque la solución central se compone de un panel. El número de paneles puede incrementarse para cancelar el ruido según el campo de aplicación. Zero Sound afirma que sus soluciones pueden cancelar activamente el ruido, reduciéndolo hasta un 92 %.

Desplegando más de diez paneles activos de supresión digital de ruido ZS juntos, se pueden atender las necesidades de cancelación de ruido de complejos industriales, sitios de construcción, estadios, cruces ferroviarios y viales. 

Cualquier número entre uno y nueve paneles es suficiente para crear una red de supresión para generadores de energía, equipos industriales, perforación y sitios de construcción. 

Más de cinco paneles son suficientes para un espacio cerrado, como los que se encuentran en interiores de oficinas, hospitales, salas de servidores y hoteles. Y cualquier número entre uno y cuatro paneles es suficiente para las cabinas de vehículos de emergencia, equipos pesados y equipos agrícolas. 

Según los datos disponibles, Zero Sound cerró una ronda de financiación en CA$880,000 en mayo de 2018. 

Abordando el ruido: el peligro ubicuo de los límites cruzados

La Unión Europea, sin ambigüedades, reconoce la contaminación acústica como un problema importante, tanto para la salud humana como para el medio ambiente. Mientras que la exposición a largo plazo al ruido puede resultar en irritación, alteraciones del sueño y efectos negativos en el corazón humano y el sistema metabólico, el ruido ambiental puede resultar en niños con deterioro cognitivo. 

Según las estimaciones de la AEE, el ruido ambiental es la causa principal de 48 000 nuevos casos de enfermedad cardíaca isquémica al año y 12 000 muertes prematuras. El ruido ambiental también contribuye a una alta molestia crónica entre 22 millones de personas y a una alta alteración del sueño crónica entre 6,5 millones de personas. Más de 12 000 escolares sufren deterioro de la lectura como resultado únicamente del ruido de aviones. 

Abordar los peligros del ruido, por lo tanto, es una tarea que requiere un combate integral. Uno de los ámbitos más vulnerables entre todos, donde un gran número de personas se ve afectado dentro de un espacio muy pequeño, es el espacio industrial. 

Las cifras sugieren la posibilidad de que hasta 22 millones de trabajadores estadounidenses enfrenten niveles de ruido peligrosos en el trabajo. Muchas nuevas estrategias han sido desplegadas para mantener bajo control esta amenaza del ruido industrial. 

El amortiguamiento de capa restringida —logrado al colocar el material amortiguador entre dos láminas metálicas— ha sido un método útil para reducir las vibraciones generadas por máquinas. 

Para uso doméstico, un grupo de investigadores en Singapur ha ideado la innovadora idea de ventanas con cancelación de ruido. Montar estas soluciones del sistema en las rejas de las ventanas puede reducir los sonidos entrantes en un 50 %. 

Los sensores juegan un papel clave para que este método tenga éxito. Estos sensores detectan el ruido entrante y reproducen un sonido con una forma de onda similar pero invertida, de modo que esas ondas sonoras fuera de fase puedan contrarrestar las ondas entrantes, disipándolas antes de que avancen más.

Una de las soluciones más sofisticadas y emocionantes que ha surgido en los últimos años ha sido la espuma insonorizante de nanotecnología. Utiliza nanotecnología para convertir ondas sonoras en calor. La solución es accesible y está lista para escalar, ya que utiliza espuma insonorizante disponible comercialmente como base. Esa espuma se inyecta luego con un nanopómez para crear canales microscópicos dentro de ella. Estos canales o tubos convierten las vibraciones acústicas en calor, disipando el sonido. 

Combatir la amenaza del sonido requiere más soluciones innovadoras y la disposición de grandes fabricantes y actores de la industria a invertir juiciosamente en soluciones de supresión de sonido. Dado que el sonido no es visible, su amenaza a menudo pasa desapercibida. Su nocividad solo se hace evidente cuando nos damos cuenta del daño que ha causado a nuestros cuerpos y a nuestro interior. ¡Requiere, sin duda, mayor concienciación!

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