Hiljaisuus silkistä syntynyt: Uusi horisontti avautuu melun uhan torjumisessa

Hiljaisuus on arvokasta. American Institute of Stressin mukaan jopa 77 prosenttia Yhdysvaltojen asukkaista näyttää fyysisiä stressin merkkejä arjessaan, ja päivittäinen hiljaisuuden hetki voi auttaa heitä rentoutumaan ja vähentämään stressitasoja. 

Hiljaisuus auttaa alentamaan verenpainetta, parantamaan keskittymistä ja tarkkaavaisuutta, lievittämään unettomuutta, edistämään tietoisuutta ja paljon muuta. 

Mutta onko helppoa saavuttaa hiljaisuutta nykyisessä kaupunkielämässämme? Otetaan esimerkiksi Mumbai, Intian kaupallinen pääkaupunki. Se on nähnyt melutasonsa lähestyvän 124 desibeliä. Tällaiset korkeat äänitasot sijoittuvat jossain moottorisahan (120 dB) ja sotilaslentokoneen nousun väliin. 

New Yorkissa New York City Department of Buildings sai jopa 3 700 meluvalitusta vuodessa, mukaan lukien rakennustyömaan melut, liikenteen ruuhkautuminen (75 dB–80 dB), kirkuvat metrojunat (80 dB–100 dB) ja vasarat (110 dB).

Kysymys on, miten löydämme hiljaisuuden paikan, kun jokapäiväiset elämämme osat ovat näin meluisia?

Tutkijat ovat pohtineet ratkaisuja jo pitkään. MIT:n ja muiden tahojen monitieteinen yhteistyö on kehittänyt ratkaisun: ääntä vaimentavan silkkiäisen kankaan. 

Ääntä vaimentava silkkiäinen kangas hiljaisten tilojen luomiseksi

Silkissä käytetty kangas on tuskin paksumpi kuin ihmisen hius. Jännitteen soveltaminen saa kuidun, jota on käytetty tämän kankaan valmistukseen, värähtelemään. Ja juuri nämä värähtelyt auttavat vaimentamaan ääntä. 

Ensisijaisella ja ennustettavammalla tasolla värähtelevän kankaan tuottamat ääniaallot häiritsevät ei-toivottua melua ja kumoavat sen. Tämä tekniikka on tehokas vain, kun sitä sovelletaan pienessä tilassa. Melua vaimentavat kuulokkeet, koska ne toimivat vain korvien rajoitetussa tilassa, hyödyntävät tätä melunvaimennusperiaatetta. 

Mutta tämä kangas menee askeleen pidemmälle kuin perinteinen melunvaimennus vaimentamalla värähtelyjä, jotka ovat olennaisia äänen siirtymiselle. Se voi vaimentaa ääntä olohuoneen paljon suuremmassa tilassa. 

Tutkijat testasivat molempien melunvaimennusmenetelmien tehokkuutta. Suorassa vaimennustilassa silkkiäinen kangas pystyi vähentämään äänen voimakkuutta jopa 65 desibeliin. Toisessa tilassa, jossa värähtelyn kumoaminen on avain, kangas pystyi vähentämään äänen siirtymistä jopa 75 prosenttiin.

Toinen tärkeä keksinnön näkökohta oli, että se käytti helposti löydettäviä materiaaleja, kuten silkkiä, kangasta ja musliinia. Sillä on korkea käytännön sovellettavuus, kuten jakajien tekeminen avoimissa työtiloissa ja ohuiden kangasseinien tarjoaminen äänen läpäisemisen estämiseksi. 

Kun puhutaan tämän ääntä vaimentavan silkin saavuttamasta menestyksestä, Yoel Fink, materiaalitieteen ja tekniikan sekä sähkötekniikan ja tietojenkäsittelyn professorina, sanoi seuraavaa:

“Melu on paljon helpompi luoda kuin hiljaisuus. Pitääksemme melun ulkona, omistamme paljon tilaa paksuille seinille. [First author] Gracen työ tarjoaa uuden mekanismin hiljaisten tilojen luomiseen ohuella kangaslevyllä.”

Kuitenkin tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun tähän yritykseen osallistuneet tutkijat ovat pyrkineet uuteen lähestymistapaan äänen vaimentamiseksi. Ryhmä yritti luoda kangasmikrofoneja ompelemalla yhden piezoelektrisen kuidun kankaaseen. Nämä piezoelektriset materiaalit tuottivat sähköisen signaalin puristettaessa tai taivutettaessa. Ne muuntivat myös äänivärähtelyt signaaleiksi. Vaikka menetelmä osoitti arvonsa, se ei toiminut laajemmassa tilassa. 

Nykyisen ääntä vaimentavan silkki-kuidun tutkimuksen myötä tutkijat haluavat tarkastella, miten heidän ratkaisunsa voi tulevaisuudessa estää useiden taajuuksien äänen. 

Grace Yangin mukaan:

“Meillä on paljon säätimiä, joita voimme kääntää tämän ääntä vaimentavan kankaan tehokkuuden lisäämiseksi. Haluamme saada ihmiset pohtimaan rakenteellisten värähtelyjen hallintaa äänen vaimentamiseksi. Tämä on vasta alkua.”

Tarve poistaa ei-toivottu melu on aikakauden oire. Tutkijat ovat inspiroituneet kehittämään ratkaisuja tällä alalla. Muutama vuosi sitten tutkijat yrittivät hyödyntää akustisia metamateriaaleja äänen estämiseksi. 

Hiljaisuuden saavuttaminen akustisten metamateriaalien avulla

Ydintieteellisissä termeissä  metamateriaali on “keinotekoisesti rakenteellisia materiaaleja, jotka hallitsevat ja muokkaavat sähkömagneettisten aaltojen tai mahdollisesti minkä tahansa muun fysikaalisen aallon virtausta.” 

Xin Zhang, Bostonin yliopiston koneinsinöörin professori, kehitti tämän hiljaisuutta vaimentavan ratkaisun, joka on rakennettu akustisilla metamateriaaleilla, estämään melua samalla säilyttäen ilmavirran. 

Zhang perusti tiimin tohtoriopiskelija Reza Ghaffarivardan kanssa ja käytti metamateriaaleja, matemaattisia laskelmia ja avointa, rengasmaisia rakenteellista suunnittelua luodakseen avoimen hiljentäjän, joka pystyi ylläpitämään tehokasta ilmanvaihtoa samalla kun vähensi ei-toivottuja akustisia aaltoja jopa 94 prosenttiin.

Kaksikon suunnittelema hiljentäjä voidaan nimetä tai nähdä “erittäin avoimena akustisena metamateriaalihiljentäjänä”, jossa on suuri keskinen aukko, jonka ilmavirtaus on 60 %. Sen keskinen portti on kääritty kuudella spiraalikanaalilla. Tämän seurauksena portti voi tuottaa vaiheessa poikkeavan aallon lähettimen puolella.  Akustiset aallot, jotka syntyvät keskisen ja spiraalikanaalien osuessa, kumoavat toisensa, poistaen siirron ja luoden hiljaisuuden. 

Käytännön toteutusta varten tutkijat sulkivat kaiuttimen PVC-putken toiseen päähän ja kiinnittivät akustisen metamateriaalihiljentäjän toiseen päähän. Ääntä toistettiin kaiuttimesta korkealla äänenvoimakkuudella putken suljetussa päässä, eikä sitä kuultu avoimessa päässä ennen kuin hiljentäjä oli paikallaan. 

Selittäessään suunnitelmiaan ratkaisun kanssa, joka on jo herättänyt kiinnostusta suurilta yrityksiltä monilla toimialoilla, Zhang sanoi:

“Erittäin avoin metamateriaalihiljentäjä tarjoaa mahdollisuuden lieventää ympäristön melua monista lähteistä. Olemme innoissamme tutkiessamme uusia mahdollisuuksia, joissa suunnittelumme voisi hyödyttää ihmisiä, ympäristöä ja työolosuhteita vähentämällä melua.”

On nyt selvää, että nämä ratkaisut, riippumatta siitä kuinka yksinkertaisilta ne vaikuttavat tehokkaiden suunnittelujensa kautta, ovat tehokkaita tehtävässään. On melko ilmeistä, että äänen ja akustiikan alalla toimivat yritykset pohtivat tällaisia ratkaisuja. Alla keskustelemme muutamasta yrityksestä, jotka ovat investoineet tutkimukseen ja resursseja löytääkseen uusia tapoja melun vaimentamiseen. 

#1. Silentium

Silentium on tunnettu ainutlaatuisesta aktiivisen melun hallinnan (ANC) -teknologiastaan. Se tarjoaa täyden spektrin häiritsevän äänenhallintaratkaisun, jossa on omia algoritmeja. Nämä algoritmit voivat sopeutua meluspektrin muutoksiin ja saavuttaa lähes 10 dB (A) melun vähennyksen. 

Kuin ääntä vaimentava silkki, myös Silentiumin ratkaisut toimivat verrattain suuremmissa tiloissa, kuten auton sisällä. Sen ‘Quiet Bubble’ -teknologia vähentää melua synteettisesti toivottavan hiljaisuuden alueen ei-toivottujen melukenttien fyysisiä ominaisuuksia. Menetelmä on rakennettu monikanavaiselle algoritmille, joka pystyy hallitsemaan kaiuttimien muodostaman äänikentän. 

Silentium Quiet Bubble -ratkaisua voidaan käyttää meluisissa kodinkoneissa, ajoneuvoissa vähentämään tuulen, renkaiden, moottorin ja ilmastoinnin aiheuttamaa ääntä, teollisissa ympäristöissä luomaan hiljainen työympäristö, ja jopa kulkuneuvoissa kuten junissa, lentokentillä ja asemilla. 

Silentiumin Quiet Bubble -kokonaisratkaisu tulee täydellisenä avaimet käteen -tarjontana, jossa on sekä ohjelmisto- että laitteistokomponentteja.  

Viimeisimpien uutisten mukaan Silentiumilla oli laajennettu Series D -kierros. Yritys sulki kierroksen yhteensä 63 miljoonaan Yhdysvaltain dollariin. Menora Mivtachim ja Meitav Dash, molemmat israelilaiset institutionaaliset sijoittajat, johtivat kierrosta. 

Yrityksellä on myös globaali elektroniikkajohtaja Molex yhtenä sijoittajistaan. Kuvaillessaan, miltä tulevaisuus Silentiumille voisi näyttää, yrityksen toimitusjohtaja Yoel Naor sanoi:

“Tervetuloa uudet kumppanit, jotka jakavat saman intohimon akustiikkaan ja näkevät arvon yksilöllisten äänitilojen avulla parantaa yksityisyyttä ja hyvinvointia. Tämän uuden sijoituksen myötä skaalautamme kehitystä ja lanseeraamme aktiivisen akustiikan ohjelmistoratkaisuja ajoneuvovalmistajille ja autoteollisuuden toimittajille – erityisesti kun NVH-vaatimukset kehittyvät sähköisen ja autonomisen liikenteen uudessa aikakaudessa.”

#2. Zero Sound

Yritys lupaa korkealaatuista aktiivista melun vaimennusta erilaisiin käyttötapauksiin, meluisan taksin sisätilasta suuriin ulkoilma-areenoihin. Skaalaus on mahdollista, koska ydinratkaisu koostuu paneelista. Paneelien määrä voidaan lisätä melun perääntämiseksi sovellusalueen mukaan. Zero Sound väittää, että sen ratkaisut voivat aktiivisesti peruuttaa melua, vähentäen sitä jopa 92 %.

Käyttämällä yli kymmentä ZS-aktiivista digitaalista melunvaimennuspaneelia yhdessä, voidaan vastata teollisuuskompleksien, rakennustyömaiden, stadionien, rautatie- ja tieyhteyksien melunvaimennustarpeisiin. 

Yhdestä yhdeksään paneeliin riittää melunvaimennusverkoston luomiseen sähkögeneraattoreille, teollisuuslaitteille, poraukselle ja rakennustyömaille. 

Enemmän kuin viisi paneelia riittää suljettuun tilaan, kuten toimistojen sisätiloihin, sairaaloihin, palvelinhuoneisiin ja hotelleihin. Ja yhdestä neljään paneeliin riittää hätäajoneuvojen, raskaiden laitteiden ja maatalouslaitteiden takseihin. 

Saatavilla olevien tietojen mukaan Zero Sound sulki rahoituskierroksen CA$880 000 toukokuussa 2018. 

Melun torjuminen: Yleinen vaaran raja ylittävä uhka

Euroopan unioni tunnustaa selvästi melusaasteen merkittäväksi ongelmaksi sekä ihmisten terveydelle että ympäristölle. Pitkäaikainen altistuminen melulle voi aiheuttaa ärsytystä, unihäiriöitä ja negatiivisia vaikutuksia ihmisen sydämeen ja aineenvaihduntaan, ja ympäristön melu voi johtaa kognitiivisesti heikentyneisiin lapsiin. 

EEA:n arvioiden mukaan ympäristön melu on vuosittain 48 000 uuden iskeemisen sydänsairauden tapauksen ja 12 000 ennenaikaisen kuoleman pääasiallinen syy. Ympäristön melu myös aiheuttaa kroonista voimakasta ärsytystä 22 miljoonalle ihmiselle ja kroonista voimakasta unihäiriötä 6,5 miljoonalle ihmiselle. Yli 12 000 koululaista kärsii lukemisen heikentymisestä pelkästään lentokoneiden melun vuoksi. 

Melun vaarojen torjuminen on siis tehtävä, joka vaatii kokonaisvaltaista taistelua. Yksi haavoittuvimmista alueista näissä on teollinen tila, jossa suuri määrä ihmisiä vaikuttaa hyvin pienessä tilassa. 

Lukemat viittaavat siihen, että jopa 22 miljoonaa Yhdysvaltain työntekijää kohtaa vaarallisia melutasoja työpaikalla. Monia uusia strategioita on otettu käyttöön tämän teollisen melun uhan hallitsemiseksi. 

Rajoitettu kerrosvaimennus – jonka saavuttaa asettamalla vaimentavaa materiaalia kahden metallilevyn väliin – on ollut hyödyllinen menetelmä koneiden aiheuttamien värähtelyjen vähentämiseen. 

Kotitalouskäyttöön singaporelainen tutkijaryhmä on kehittänyt innovatiivisen idean melua vaimentavista ikkunoista. Näiden järjestelmien asentaminen ikkunarakoihin voi vähentää sisään tulevaa ääntä 50 %. 

Anturit näyttelevät keskeistä roolia tämän menetelmän onnistumisessa. Ne havaitsevat sisään tulevan melun ja toistavat äänen, jonka aaltomuoto on samankaltainen mutta käänteinen, jotta nämä vaiheessa poikkeavat ääniaallot voivat kumota sisään tulevat aallot ja hajottaa ne ennen kuin ne etenevät pidemmälle.

Yksi viime vuosina ilmestyneistä hienostuneimmista ja jännittävimmistä ratkaisuista on nanoteknologiaan perustuva äänieristysvaahto. Se käyttää nanoteknologiaa muuttaakseen ääniaallot lämmöksi. Ratkaisu on helposti saatavilla ja skaalautuva, koska se käyttää tavallista saatavilla olevaa äänieristysvaahtoa pohjana. Tähän vaahdon injektoidaan nanopölyä, jolloin syntyy mikroskooppisia kanavia. Nämä kanavat tai putket muuttavat akustiset värähtelyt lämmöksi, hajottaen äänen. 

Äänen uhkaa vastaan taisteleminen vaatii lisää innovatiivisia ratkaisuja sekä suurten valmistajien ja teollisuuden toimijoiden halukkuutta investoida harkiten melunvaimennusratkaisuihin. Koska ääni ei ole näkyvä, sen uhka usein jää huomaamatta. Sen haitallisuus nousee esiin vasta, kun ymmärrämme sen aiheuttaman vahingon kehoomme ja sisäiseen itseemme. Tämä vaatii ehdottomasti lisää tietoisuutta!

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken AI-tehostetun melunvaimennuksen avulla pelastettavista elämistä.