Scienza dei materiali
Il Silenzio Nato dalla Seta: Un Nuovo Orizzonte si Apre nella Lotta contro la Minaccia del Rumore
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Il silenzio è prezioso. Secondo l’American Institute of Stress, fino al 77 percento delle persone negli Stati Uniti mostrano alcuni segni fisici di stress nella vita quotidiana, e un periodo di silenzio ogni giorno può aiutarle a rilassarsi e ridurre i livelli di stress.
Il silenzio aiuta a ridurre la pressione sanguigna, migliorare la concentrazione e la focalizzazione, migliorare l’insonnia, favorire la consapevolezza e altro.
Ma è facile raggiungere il silenzio nella vita urbana che conduciamo oggi? Prendiamo ad esempio Mumbai, la capitale commerciale dell’India. Ha registrato livelli di rumore vicini a 124 decibel. Tali alti livelli di suono si collocano tra l’uso di una motosega (120 dB) e il decollo di jet militari.
A New York, il New York City Department of Buildings ha ricevuto fino a 3.700 segnalazioni di rumore in un anno, includendo i suoni di rumore da costruzioni, congestione del traffico (75 dB a 80 dB), metropolitane stridenti (80 dB a 100 dB) e martelli pneumatici (110 dB).
La domanda è, come possiamo trovare un luogo di tranquillità quando i nostri inevitabili componenti della vita quotidiana sono così rumorosi?
I ricercatori stanno contemplando soluzioni da tempo. Una collaborazione interdisciplinare di ricercatori del MIT e di altri istituti ha sviluppato una soluzione: un tessuto di seta che sopprime il suono.
Tessuto di Seta Sopprendente il Suono per Creare Spazi Tranquilli
Il tessuto usato nella seta è quasi più sottile dei capelli umani. L’applicazione di una tensione fa vibrare la fibra che è stata usata per creare questo tessuto. E sono queste vibrazioni che aiutano a sopprimere il suono.
A un livello primario e più prevedibile, le onde sonore generate dal tessuto vibrante interferiscono con il rumore indesiderato e lo annullano. Questa tecnica è efficace solo quando applicata in uno spazio piccolo. Le cuffie a cancellazione di rumore, poiché operano solo nello spazio limitato delle nostre orecchie, sfruttano questo principio di cancellazione del rumore.
Ma questo tessuto va oltre la cancellazione del rumore convenzionale sopprimendo le vibrazioni fondamentali per la trasmissione del suono. Può sopprimere il suono in uno spazio molto più grande, come quello di un soggiorno.
I ricercatori hanno testato l’efficacia di entrambi i metodi di soppressione del rumore. In modalità di soppressione diretta, il tessuto di seta ha potuto ridurre il volume dei suoni fino a 65 Decibel. Nella seconda modalità, dove la cancellazione delle vibrazioni è la chiave, il tessuto ha potuto ridurre la trasmissione del suono fino al 75 percento.
Un altro aspetto cruciale dell’invenzione è che utilizza materiali facilmente reperibili come seta, tela e mussola. Ha applicazioni reali elevate, come la creazione di divisori in ambienti di lavoro aperti e l’offerta di pareti sottili di tessuto per impedire al suono di passare.
Mentre parlava del successo che questo tessuto sopprendente il suono potrebbe raggiungere, Yoel Fink, professore nei dipartimenti di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Elettrica e Informatica, ha detto:
“Il rumore è molto più facile da creare rispetto al silenzio. Per tenere fuori il rumore, dedichiamo molto spazio a muri spessi. Il lavoro di [First author] Grace fornisce un nuovo meccanismo per creare spazi silenziosi con un sottile foglio di tessuto.”
Tuttavia, non è la prima volta che il gruppo di ricercatori coinvolto in questo tentativo adotta un approccio nuovo per sopprimere il suono. Il gruppo ha provato a creare microfoni tessili cucendo un singolo filo di fibra piezoelettrica nel tessuto. Questi materiali piezoelettrici producevano un segnale elettrico quando compressi o piegati. Convertivano anche le vibrazioni sonore in segnali. Sebbene il metodo potesse dimostrare il suo valore, non poteva funzionare oltre uno spazio limitato.
Con la ricerca attuale sul filo di seta sopprendente il suono, i ricercatori vogliono indagare come la loro soluzione possa bloccare il suono di più frequenze in futuro.
Secondo Grace Yang:
“Ci sono molte leve che possiamo girare per rendere efficace questo tessuto sopprendente il suono. Vogliamo far pensare le persone al controllo delle vibrazioni strutturali per sopprimere il suono. Questo è solo l’inizio.”
Il desiderio di eliminare il rumore indesiderato è un sintomo dei nostri tempi. I ricercatori sono stati ispirati a sviluppare soluzioni in quest’area. Alcuni anni fa, i ricercatori hanno provato a sfruttare i metamateriali acustici per bloccare il suono.
Raggiungere il Silenzio tramite Metamateriali Acustici
In termini scientifici di base, un metamateriale è “materiali artificialmente strutturati che controllano e modellano il flusso di onde elettromagnetiche o possibilmente di qualsiasi altro tipo di onde fisiche.”
Xin Zhang, professore di ingegneria meccanica alla Boston University, ha sviluppato questa soluzione sopprendente il silenzio, costruita con metamateriali acustici, per bloccare il rumore mantenendo il flusso d’aria.
Zhang ha formato un team con lo studente di dottorato Reza Ghaffarivarda e ha utilizzato metamateriali, calcoli matematici e un design strutturale aperto a forma di anello per creare un silenziatore aperto che potesse mantenere una ventilazione efficiente riducendo le onde acustiche indesiderate fino al 94 percento.
Il dispositivo di silenziamento progettato dal duo può essere chiamato o visto come un “silenziatore metamateriale acustico ultra-aperto” che ha una grande apertura centrale con 60% di flusso d’aria. La sua porta centrale è avvolta da sei canali elicoidali. Di conseguenza, la porta può generare un’onda fuori fase sul lato trasmittente. Le onde acustiche che si generano col colpire i canali centrali ed elicoidali si annullano a vicenda, annullando di fatto la trasmissione e creando silenzio.
Per un’implementazione pratica, i ricercatori hanno sigillato un altoparlante in un’estremità di un tubo in PVC e hanno fissato il silenziatore metamateriale acustico all’altra estremità. Il suono è stato riprodotto dall’altoparlante ad alto volume all’estremità chiusa del tubo e non poteva essere udito all’estremità aperta finché il silenziatore non era presente.
Mentre spiegava i suoi piani con la soluzione, che ha già ricevuto interesse da grandi aziende in molti settori, Zhang ha detto:
“Il silenziatore metamateriale ultra-aperto offre il potenziale per mitigare il rumore ambientale da diverse fonti. Siamo entusiasti di esplorare molte nuove opportunità dove il nostro design potrebbe beneficiare le persone, l’ambiente e le condizioni di lavoro riducendo il rumore.”
È ora chiaro che queste soluzioni, indipendentemente da quanto sembrino semplici grazie ai loro design efficienti, sono efficaci nel raggiungere il loro scopo.È piuttosto ovvio che le aziende nel campo del suono e dell’acustica delibereranno su tali soluzioni. Di seguito, discuteremo un paio di aziende che hanno investito ricerca e risorse per trovare nuovi modi di sopprimere il rumore.
#1. Silentium
Silentium è nota per la sua unica tecnologia di Controllo Attivo del Rumore (ANC). Offre una soluzione di gestione del suono a spettro completo che coinvolge algoritmi proprietari. Questi algoritmi possono adattarsi ai cambiamenti nello spettro del rumore e raggiungere risultati di quasi 10 dB (A) di riduzione del rumore.
Come la seta sopprendente il suono, le soluzioni di Silentium funzionano anche in spazi comparativamente più grandi, come l’interno di un’auto. La sua tecnologia ‘Quiet Bubble’ riduce il rumore sintetizzando le caratteristiche fisiche del campo di rumore indesiderato in una zona desiderata di tranquillità. Il metodo è costruito su un algoritmo multicanale capace di controllare il campo sonoro prodotto da un array di altoparlanti.
La soluzione Silentium Quiet Bubble può essere utilizzata su elettrodomestici rumorosi, in prodotti automobilistici per ridurre il suono proveniente da vento, pneumatici, motore e HVAC, in impianti industriali per creare un ambiente di lavoro tranquillo, e persino all’interno di modalità di trasporto come treni, aeroporti e stazioni.
La soluzione Quiet Bubble end-to-end di Silentium è offerta come un pacchetto completo chiavi in mano con elementi sia software che hardware.
Secondo le ultime notizie, Silentium ha concluso un’estesa Serie D. L’azienda ha chiuso il round con un totale di 63 milioni di dollari USA. Menora Mivtachim e Meitav Dash, entrambi investitori istituzionali israeliani, hanno guidato il round.
L’azienda ha anche il leader globale dell’elettronica Molex come uno dei suoi investitori. Mentre dava un’idea di come potrebbe essere il futuro per Silentium, Yoel Naor, CEO dell’azienda, ha detto:
“Accogliamo con piacere nuovi partner che condividono la stessa passione per l’acustica e vedono il valore nell’ampliare la privacy e il benessere attraverso spazi sonori personali. Con questo nuovo investimento, scaleremo lo sviluppo e il lancio delle nostre soluzioni software di Acustica Attiva per i produttori di veicoli e i fornitori automobilistici – soprattutto man mano che i requisiti NVH evolvono nella nuova era della mobilità elettrica e autonoma.”
#2. Zero Sound
L’azienda promette cancellazione attiva del rumore di alta qualità per una gamma di casi d’uso, dall’interno di un taxi rumoroso a grandi stadi all’aperto. L’espansione è possibile perché la soluzione centrale è composta di un pannello. Il numero di pannelli può essere aumentato per cancellare il rumore in base al campo di applicazione. Zero Sound afferma che le sue soluzioni possono cancellare attivamente il rumore, riducendolo fino al 92%.
Distribuendo più di dieci pannelli digitali di soppressione attiva del rumore ZS insieme, si possono soddisfare le esigenze di cancellazione del rumore di complessi industriali, cantieri, stadi, incroci ferroviari e stradali.
Da una a nove pannelli è sufficiente per creare una rete di soppressione per generatori di energia, attrezzature industriali, trivellazioni e cantieri.
Più di cinque pannelli sono sufficienti per uno spazio chiuso, come quelli presenti negli interni di uffici, ospedali, sale server e hotel. E da una a quattro pannelli è sufficiente per le cabine di veicoli di emergenza, attrezzature pesanti e attrezzature agricole.
Secondo i dati disponibili, Zero Sound ha chiuso un round di finanziamento a CA$880,000 in maggio 2018.
Affrontare il Rumore: il Pericolo Ubiquo dei Limiti Incrociati
L’Unione Europea, senza mezzi termini, riconosce l’inquinamento acustico come un problema importante, sia per la salute umana che per l’ambiente. Mentre l’esposizione a lungo termine al rumore può causare fastidio, disturbi del sonno e effetti negativi sul cuore umano e sul sistema metabolico, il rumore ambientale può provocare bambini cognitivamente compromessi.
Secondo le stime dell’EEA, il rumore ambientale è la causa principale di 48.000 nuovi casi di malattia coronarica ischemica all’anno e 12.000 morti premature. Il rumore ambientale contribuisce anche a un’alta irritazione cronica tra 22 milioni di persone e a un’alta irritazione cronica del sonno tra 6,5 milioni di persone. Oltre 12.000 scolari subiscono deficit di lettura a causa del solo rumore degli aerei.
Affrontare i pericoli del rumore, quindi, è un compito che richiede un’azione globale. Una delle aree più vulnerabili tra tutte queste, dove un gran numero di persone è colpito in uno spazio molto piccolo, è lo spazio industriale.
I numeri suggeriscono la possibilità che fino a 22 milioni di lavoratori statunitensi affrontino livelli di rumore pericolosi sul lavoro. Molte nuove strategie sono state implementate per tenere sotto controllo questa minaccia del rumore industriale.
L’ammortizzazione a strato confinato — ottenuta posizionando il materiale di smorzamento tra due lamiere metalliche — è stato un metodo utile per ridurre le vibrazioni generate dalle macchine.
Per scopi domestici, un gruppo di ricercatori a Singapore ha ideato l’innovativa idea di finestre antirumore. Montare questi sistemi alle grate delle finestre può ridurre i suoni in ingresso del 50%.
I sensori svolgono un ruolo chiave per il successo di questo metodo. Questi sensori rilevano il rumore in ingresso e riproducono un suono con forma d’onda simile ma invertita in modo che queste onde sonore fuori fase possano contrastare le onde in ingresso, dissipandole prima che vadano oltre.
Una delle soluzioni più sofisticate ed entusiasmanti emerse negli ultimi anni è la schiuma fonoassorbente a nanotecnologia. Utilizza la nanotecnologia per trasformare le onde sonore in calore. La soluzione è accessibile e pronta per la scala, poiché utilizza la schiuma fonoassorbente disponibile in commercio come base. Tale schiuma viene poi iniettata con una nanopolvere per creare canali microscopici al suo interno. Questi canali o tubi trasformano le vibrazioni acustiche in calore, dissipando il suono.
Combattere la minaccia del suono richiede soluzioni più innovative e la volontà da parte di grandi produttori e attori del settore di investire giudiziosamente in soluzioni di soppressione del suono. Poiché il suono non è visibile, la sua minaccia spesso sfugge al radar. La sua nocività emerge solo quando ci rendiamo conto del danno che ha causato ai nostri corpi e al nostro io interiore. Richiede sicuramente più consapevolezza!
