Science matérielle
Le silence est né de la soie : un nouvel horizon s'ouvre dans la lutte contre la menace du bruit
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Le silence est précieux. Selon l'American Institute of Stress, autant 77 pour cent de la population aux États-Unis présentent des signes physiques de stress dans leur vie quotidienne, et une période de silence chaque jour peut les aider à se détendre et à réduire leur niveau de stress.
Le silence aide à abaisser la tension artérielle, à améliorer la concentration, à améliorer l’insomnie, à encourager la pleine conscience, et bien plus encore.
Mais est-il facile d'atteindre le silence dans la vie urbaine que nous menons aujourd'hui ? Prenons l'exemple de Mumbai, la capitale économique de l'Inde. Le niveau sonore y a atteint près de 124 décibels. De tels niveaux sonores pourraient se situer entre le fonctionnement d'une tronçonneuse (120 dB) et le décollage d'un avion militaire.
À New York, le Département des Bâtiments de la Ville de New York a reçu jusqu'à 3,700 XNUMX plaintes pour bruit par an, y compris les bruits de construction, les embouteillages (75 dB à 80 dB), les crissements des métros (80 dB à 100 dB) et les marteaux-piqueurs (110 dB).
La question est de savoir comment trouver un endroit calme alors que les éléments inévitables de notre vie quotidienne sont aussi bruyants ?
Les chercheurs réfléchissent depuis un certain temps déjà à des solutions. Une collaboration interdisciplinaire de chercheurs du MIT et d’ailleurs a développé une solution : un tissu en soie insonorisant.
Tissu en soie insonorisant pour créer des espaces calmes
Le tissu utilisé dans la soie est à peine plus épais que les cheveux humains. L'application d'une tension rend la fibre qui a déjà utilisé pour faire vibrer ce tissu. Et ce sont ces vibrations qui contribuent à supprimer le son.
À un niveau primaire et plus prévisible, les ondes sonores générées par le tissu vibrant interfèrent avec les bruits indésirables et les annulent. Cette technique est efficace uniquement lorsqu'il est appliqué dans un petit espace. Les écouteurs antibruit, puisqu’ils ne fonctionnent que sur l’espace limité de nos oreilles, prospèrent sur ce principe de suppression du bruit.
Mais ce tissu va encore plus loin que la réduction de bruit classique en supprimant les vibrations, essentielles à la transmission du son. Il peut ainsi atténuer le bruit dans un salon beaucoup plus grand.
Les chercheurs ont testé l’efficacité des deux méthodes de suppression du bruit. En mode suppression directe, le tissu en soie pourrait réduire le volume des sons jusqu'à 65 décibels. Dans le deuxième mode, où l'annulation des vibrations est la clé, le tissu pourrait réduire la transmission du son jusqu'à 75 %.
Un autre aspect crucial de l’invention était qu’elle utilisait des matériaux faciles à trouver comme la soie, la toile et la mousseline. Il a de nombreuses applications réelles, telles que la fabrication de séparateurs dans des lieux de travail ouverts et la proposition de fines parois en tissu pour empêcher le son de passer.
En parlant du succès que pourrait obtenir cette soie insonorisante, Yoel Fink, professeur aux départements de science et génie des matériaux et de génie électrique et informatique, a déclaré ce qui suit :
« Le bruit est bien plus facile à créer que le silence. Pour le neutraliser, nous consacrons beaucoup d'espace à des murs épais. Les travaux de Grace [première auteure] proposent un nouveau mécanisme permettant de créer des espaces calmes grâce à une fine toile. »
Cependant, ce n’est pas la première fois que le groupe de chercheurs impliqué dans cette tentative opte pour une nouvelle approche pour supprimer le son. Le groupe a essayé de créer des microphones en tissu en cousant un seul brin de fibre piézoélectrique dans le tissu. Ces matériaux piézoélectriques produisaient un signal électrique lors de la compression ou de la flexion. Ils convertissaient également les vibrations sonores en signaux. Même si la méthode pourrait faire ses preuves, elle ne pourrait pas fonctionner au-delà d’un espace limité.
Avec les recherches actuelles sur la fibre de soie insonorisante, les chercheurs souhaitent étudier comment leur solution peut bloquer le son de plusieurs fréquences à l'avenir.
Selon Grace Yang :
« Nous pouvons utiliser de nombreux boutons pour rendre ce tissu insonorisant efficace. Nous voulons amener les gens à réfléchir au contrôle des vibrations structurelles pour supprimer le son. Ce ce n'est que le commencement."
Le besoin d’éliminer les bruits indésirables est un symptôme de notre époque. Les chercheurs ont été inspirés pour développer des solutions dans ce domaine. Il y a quelques années, des chercheurs ont essayé d’utiliser des métamatériaux acoustiques pour bloquer le son.
Atteindre le silence grâce aux métamatériaux acoustiques
En termes scientifiques fondamentaux, un le métamatériau est "des matériaux artificiellement structurés qui contrôlent et façonnent le flux des ondes électromagnétiques ou éventuellement tout autre type d'ondes physiques."
Xin Zhang, professeur de génie mécanique à l'Université de Boston, a développé cette solution de suppression du silence, construite avec des métamatériaux acoustiques, pour bloquer le bruit tout en préservant le flux d'air.
Zhang a formé une équipe avec le doctorant Reza Ghaffarivarda et a utilisé des métamatériaux, des calculs mathématiques et une conception structurelle ouverte en forme d'anneau pour créer un silencieux ouvert capable de maintenir une ventilation efficace tout en réduisant les ondes acoustiques indésirables jusqu'à 94 %.
Le dispositif de silencieux conçu par le duo peut être nommé ou considéré comme un « silencieux en métamatériau acoustique ultra-ouvert » doté d'une grande ouverture centrale avec un débit d'air de 60 %. Son port central est enroulé autour avec six canaux hélicoïdaux. En conséquence, le port peut générer une onde déphasée côté émetteur. Les ondes acoustiques générées par la frappe des canaux central et hélicoïdal s'annulent, annulant ainsi la transmission et créant le silence.
Pour une mise en œuvre fonctionnelle au sol, les chercheurs ont scellé un haut-parleur à une extrémité d'un tuyau en PVC et ont fixé le silencieux acoustique en métamatériau à l'autre extrémité. Le son était diffusé à travers le haut-parleur à volume élevé à l'extrémité fermée du tuyau et ne pouvait être entendu à l'extrémité ouverte tant que le silencieux n'était pas là.
Tout en expliquant ses projets concernant la solution, qui a déjà suscité l'intérêt de grandes entreprises de nombreux secteurs, Zhang a déclaré :
« Le silencieux en métamatériau ultra-ouvert offre la possibilité d'atténuer le bruit ambiant provenant de diverses sources. Nous sommes ravis d’explorer de nombreuses nouvelles opportunités dans lesquelles notre conception pourrait bénéficier aux personnes, à notre environnement et aux conditions de travail en réduisant le bruit.
Il est désormais clair que ces solutions, aussi simples qu’elles paraissent grâce à leur conception efficace, atteignent efficacement leur objectif. Il est assez Il est évident que les entreprises du domaine du son et de l'acoustique réfléchiront à de telles solutions. Ci-dessous, nous discuterons de quelques entreprises qui ont investi des recherches et des ressources pour trouver de nouvelles façons de supprimer le bruit.
# 1. Silentium
Silentium est connu pour sa technologie unique Active Noise Control (ANC). Il offre une solution de gestion du son disruptive à spectre complet impliquant des algorithmes propriétaires. Ces algorithmes peuvent s'adapter aux changements du spectre de bruit et obtenir des résultats de réduction du bruit de près de 10 dB (A).
Tout comme la soie insonorisante, les solutions Silentium fonctionnent également dans des espaces relativement plus grands, comme l'habitacle d'une voiture. Sa technologie « Quite Bubble » réduit le bruit en synthétisant les caractéristiques physiques du champ sonore indésirable dans une zone de silence souhaitée. La méthode est construit sur un algorithme multicanal capable de contrôler le champ sonore produit par un réseau de haut-parleurs.
La solution Silentium Quiet Bubble peut être utilisée sur les appareils électroménagers bruyants, dans les produits automobiles pour réduire le bruit provenant du vent, des pneus, du moteur et du CVC, dans les installations industrielles pour créer un environnement de travail silencieux, et même dans les modes de transport comme les trains, aéroports et gares.
La solution de bout en bout Quiet Bubble de Silentium se présente sous la forme d'une offre clé en main complète comprenant des éléments logiciels et matériels.
Selon les dernières nouvelles, Silentium disposait d'une série D étendue. La société a clôturé le cycle avec un total de 63 millions de dollars américains. Menora Mivtachim et Meitav Dash, toutes deux investisseurs institutionnels israéliens, ont mené le tour.
La société compte également parmi ses investisseurs le leader mondial de l’électronique Molex. Tout en donnant une idée de ce à quoi pourrait ressembler l'avenir de Silentium, Yoel Naor, le PDG de l'entreprise, a déclaré ceci :
«Nous accueillons de nouveaux partenaires qui partagent la même passion pour l'acoustique et voient l'intérêt d'améliorer l'intimité et le bien-être grâce à des espaces sonores personnels. Avec ce nouvel investissement, nous allons intensifier le développement et le déploiement de nos solutions logicielles Active Acoustics pour les constructeurs automobiles et les équipementiers automobiles, d'autant plus que les exigences NVH évoluent dans la nouvelle ère de la mobilité électrique et autonome.
# 2. Zéro son
L'entreprise promet une suppression active du bruit de haute qualité pour une large gamme de cas d'utilisation, de l'intérieur d'une cabine bruyante aux grands stades extérieurs. La mise à l’échelle est possible parce que la solution de base est inclus d'un panneau. Le nombre de panneaux peut être augmenté pour annuler le bruit selon le domaine d'application. Zero Sound affirme que ses solutions peuvent annuler activement le bruit, le réduisant jusqu'à 92 %.
En déployant ensemble plus de dix panneaux de suppression de bruit numériques actifs ZS, on peut répondre aux besoins de suppression du bruit des complexes industriels, des chantiers de construction, des stades, des passages à niveau ferroviaires et routiers.
Entre un et neuf panneaux suffisent pour créer un réseau de suppression pour les générateurs électriques, les équipements industriels, les forages et les chantiers de construction.
Plus de cinq panneaux suffisent pour un espace clos, comme ceux que l’on trouve dans les intérieurs de bureaux, les hôpitaux, les salles de serveurs et les hôtels. Et unpartout, entre un et quatre panneaux suffisent pour les cabines des véhicules d'urgence, des équipements lourds et des équipements agricoles.
Selon les données disponibles, Zero Sound a clôturé son cycle de financement à 880,000 2018 $ CA en mai XNUMX.
Lutter contre le bruit : le risque omniprésent du franchissement des limites
L’Union européenne reconnaît sans équivoque la pollution sonore comme un problème majeur, tant pour la santé humaine que pour l’environnement. Alors qu'une exposition à long terme aux connaissances peut entraîner des désagréments, des troubles du sommeil et des effets négatifs sur le cœur humain et le système métabolique, le bruit ambiant peut entraîner des troubles cognitifs chez les enfants.
Selon les estimations de l'AEE, le bruit ambiant est la cause principale de 48,000 12,000 nouveaux cas de cardiopathie ischémique par an et de 22 6.5 décès prématurés. Le bruit ambiant contribue également à une gêne chronique élevée chez 12,000 millions de personnes et à des troubles chroniques du sommeil chez XNUMX millions de personnes. Plus de XNUMX XNUMX écoliers souffrent de troubles de la lecture du seul fait du bruit des avions.
S’attaquer aux dangers du bruit est donc une tâche qui nécessite une lutte globale. Parmi toutes ces zones, l’une des zones les plus vulnérables, où un grand nombre de personnes sont touchées dans un espace très réduit, est l’espace industriel.
Les chiffres suggèrent que jusqu'à 22 millions de travailleurs américains pourraient être confrontés à des niveaux de bruit dangereux au travail. De nombreuses nouvelles stratégies ont été déployé pour maîtriser cette menace du bruit industriel.
L'amortissement par couche contrainte, obtenu en plaçant le matériau amortisseur entre deux tôles, s'est avéré une méthode utile pour réduire les vibrations générées par les machines.
À des fins domestiques, un groupe de chercheurs de Singapour a eu l'idée innovante de fenêtres antibruit. Le montage de ces solutions système sur les grilles de fenêtre peut réduire les sons entrants de 50 %.
Les capteurs jouent un rôle clé dans le succès de cette méthode. Ces capteurs détectent le bruit entrant et émettent un son avec une forme d'onde similaire mais inversée afin que ces ondes sonores déphasées puissent contrecarrer les ondes entrantes, les dissipant avant qu'elles n'aillent plus loin.
L’une des solutions les plus sophistiquées et passionnantes apparues ces dernières années a été la mousse d’insonorisation nanotechnologique. Il utilise la nanotechnologie pour transformer les ondes sonores en chaleur. La solution est accessible et prête à être mise à l’échelle, car elle utilise comme base une mousse d’insonorisation disponible dans le commerce. Une telle mousse est ensuite injectée avec une nanopoudre pour créer des canaux microscopiques en son sein. Ces canaux ou tubes transforment les vibrations acoustiques en chaleur, dissipant ainsi le son.
Combattre la menace du bruit nécessite des solutions plus innovantes et la volonté des grands fabricants et des acteurs de l'industrie d'investir judicieusement dans des solutions de suppression du bruit. Comme le son n’est pas visible, sa menace passe souvent inaperçue au radar. Sa nocivité n’apparaît que lorsque l’on réalise les dommages qu’elle a causés à notre corps et à notre être intérieur. Cela demande plus de sensibilisation, c’est sûr !
