שתיקה נולדה מתוך משי: אופק חדש נפתח במאבק באיום הרעש

השתיקה היא דבר יקר. לפי המכון האמריקאי ללחץ, ככל 77 אחוז מהאנשים בארצות הברית להראות כמה סימנים פיזיים של מתח כשהם חיים את חיי היומיום שלהם, ותקופת שקט בכל יום יכולה לעזור להם להירגע ולהפחית את רמות הלחץ. 

שתיקה מסייעת בהורדת לחץ דם, שיפור ריכוז ומיקוד, שיפור נדודי שינה, עידוד מיינדפולנס ועוד. 

אבל האם קל להשיג שקט בחיים העירוניים שאנו מנהלים כיום? קחו לדוגמה את מומבאי, בירת המסחר של הודו. היא חוותה רמות רעש שהגיעו לכמעט 124 דציבלים. רמות רעש גבוהות כאלה יכולות להיות איפשהו בין הפעלת מסור חשמלי (120 דציבלים) לבין המראה של מטוסי צבא. 

בניו יורק, מחלקת הבניינים של העיר ניו יורק קיבלה כמה כמו 3,700 תלונות רעש בשנה, כולל קולות של רעשי בנייה, עומסי תנועה (75dB עד 80dB), רכבות תחתיות צווחות (80dB עד 100dB), וג'ק הפטישים (110dB).

השאלה היא איך אנחנו מוצאים מקום של שקט כאשר מרכיבי החיים הבלתי נמנעים שלנו כל כך רועשים?

חוקרים שוקלים פתרונות כבר די הרבה זמן. שיתוף פעולה בין-תחומי של חוקרים מ-MIT וממקומות אחרים פיתח פתרון: בד משי מדכא קול. 

בד משי מדכא קול ליצירת חללים שקטים

הבד המשמש במשי כמעט ולא עבה יותר משיער אדם. היישום של מתח עושה את הסיב שיש לו נעשה שימוש כדי ליצור רטט של הבד הזה. והרעידות הללו הן שעוזרות לדכא את הצליל. 

ברמה ראשונית וצפויה יותר, גלי הקול שנוצרים על ידי הבד הרוטט מפריעים לרעש לא רצוי ומבטלים אותם. טכניקה זו יעילה רק כאשר מיושם בתוך שטח קטן. אוזניות ביטול רעשים, מאחר שהן פועלות רק על המרחב המצומצם של האוזניים שלנו, משגשגות על עיקרון זה של ביטול רעשים. 

אבל בד זה עולה צעד אחד קדימה על ביטול רעשים קונבנציונלי על ידי דיכוי רעידות שהן בסיסיות להעברת קול. הוא יכול לדכא קול בחלל גדול בהרבה של סלון. 

החוקרים בדקו את היעילות של שתי שיטות דיכוי הרעש. במצב דיכוי ישיר, בד המשי יכול להפחית את עוצמת הצלילים עד ל-65 דציבלים. במצב השני, שבו ביטול רעידות הוא המפתח, הבד יכול להפחית את העברת הקול בעד 75 אחוז.

היבט מכריע נוסף של ההמצאה היה שהיא השתמשה בחומרים שניתן למצוא בקלות כמו משי, קנבס ומוסלין. יש לו יישומים גבוהים מהחיים האמיתיים, כמו יצירת מחיצות במקומות עבודה פתוחים והצעת קירות בד דקים כדי למנוע צליל לעבור. 

בעודו דיבר על ההצלחה שהמשי מדכא הקול הזה יכול להשיג, אמר יואל פינק, פרופסור במחלקות למדע והנדסת חומרים והנדסת חשמל ומדעי המחשב, את הדברים הבאים:

"הרבה יותר קל ליצור רעש מאשר שקט. כדי למנוע רעש להיכנס, אנו מקדישים מקום רב לקירות עבים. עבודתה של גרייס [המחברת הראשונה] מספקת מנגנון חדש ליצירת חללים שקטים בעזרת יריעת בד דקה."

עם זאת, אין זו הפעם הראשונה שקבוצת החוקרים המעורבים בניסיון זה הלכה על גישה חדשה לדיכוי סאונד. הקבוצה ניסתה ליצור מיקרופונים מבד על ידי תפירת גדיל בודד של סיב פיזואלקטרי לתוך הבד. חומרים פיזואלקטריים אלה הפיקו אות חשמלי בעת סחיטה או כיפוף. הם המירו גם רעידות קול לאותות. למרות שהשיטה יכולה להוכיח את ערכה, היא לא יכלה לעבוד מעבר לשטח מוגבל. 

עם המחקר הנוכחי על סיבי משי מדכא קול, החוקרים רוצים לבדוק כיצד הפתרון שלהם יכול לחסום את הצליל של תדרים מרובים בעתיד. 

לפי גרייס יאנג:

"יש הרבה כפתורים שאנחנו יכולים לסובב כדי להפוך את הבד מדכא הקול הזה ליעיל. אנחנו רוצים לגרום לאנשים לחשוב על שליטה בתנודות מבניות כדי לדכא קול. זֶה היא רק ההתחלה."

הדחף לחסל רעש לא רצוי הוא סימפטום של זמננו. חוקרים קיבלו השראה לפתח פתרונות בתחום זה. לפני כמה שנים, חוקרים ניסו למנף מטא-חומרים אקוסטיים כדי לחסום קול. 

השגת שקט באמצעות מטא-חומרים אקוסטיים

במונחי ליבה מדעיים, א מטא-חומר הוא "חומרים בעלי מבנה מלאכותי השולטים ומעצבים את הזרימה של גלים אלקטרומגנטיים או אולי כל סוג אחר של גלים פיזיים." 

Xin Zhang, פרופסור להנדסת מכונות באוניברסיטת בוסטון, פיתח את הפתרון מדכא השקט הזה, שנבנה עם מטא-חומרים אקוסטיים, כדי לחסום רעש תוך שמירה על זרימת האוויר. 

ג'אנג הקים צוות עם סטודנט לדוקטורט Reza Ghaffarivarda והשתמש במטא-חומרים, חישובים מתמטיים ועיצוב מבני פתוח, דמוי טבעת כדי ליצור משתיק קול פתוח שיכול לשמור על אוורור יעיל תוך הפחתת גלים אקוסטיים לא רצויים בעד 94 אחוזים.

ניתן לכנות או לראות את מכשיר ההשתקה שהצמד עיצב כ"משתיק מטה אקוסטי פתוח במיוחד" בעל פתח מרכזי גדול עם זרימת אוויר של 60%. הנמל המרכזי שלו כרוך סביב עם שישה ערוצים סלילניים. כתוצאה מכך, היציאה יכולה ליצור גל מחוץ לפאזה בצד המשדר. הגלים האקוסטיים הנוצרים כתוצאה מפגיעה בערוץ המרכזי והסלילי מבטלים זה את זה, מבטלים את השידור למעשה ויוצרים שקט. 

ליישום פונקציונלי, על הקרקע, החוקרים אטמו רמקול בקצה אחד של צינור PVC והידקו את משתיק המטא-חומר האקוסטי בקצה השני. צליל הושמע דרך הרמקול בווליום גבוה בקצה הסגור של הצינור ולא ניתן היה לשמוע אותו בקצה הפתוח עד שהמשתיק היה שם. 

בעודו מסביר את תוכניותיו עם הפתרון, שכבר זכה להתעניינות מחברות גדולות בתעשיות רבות, אמר ג'אנג:

"משתיק המטא-חומר הפתוח במיוחד מציע את הפוטנציאל להפחית רעש סביבתי ממקורות מגוונים. אנו נרגשים לחקור הזדמנויות חדשות רבות שבהן העיצוב שלנו יכול להועיל לאנשים, לסביבה שלנו ולתנאי העבודה על ידי הפחתת הרעש".

כעת ברור שהפתרונות הללו, ללא קשר לכמה פשוטים הם נראים באמצעות העיצובים היעילים שלהם, יעילים לשרת את מטרתם. זה דַי ברור שחברות בתחום הסאונד והאקוסטיקה יתחשבו בפתרונות כאלה. להלן, נדון בכמה חברות שהשקיעו מחקר ומשאבים במציאת דרכים חדשות לדכא רעש. 

# 1. סילנטיום

Silentium ידועה בטכנולוגיה הייחודית שלה בקרת רעש אקטיבית (ANC). הוא מציע פתרון ניהול קול משבש בספקטרום מלא הכולל אלגוריתמים קנייניים. אלגוריתמים אלו יכולים להסתגל לשינויים בספקטרום הרעש ולהשיג תוצאות של הפחתת רעש של כמעט 10 dB (A). 

כמו משי דוחה רעשים, הפתרונות של Silentium פועלים גם בחללים גדולים יחסית, כמו פנים מכונית. טכנולוגיית ה-'Quite Bubble' שלה מפחיתה רעש על ידי סינתזה של המאפיינים הפיזיים של שדה רעש לא רצוי באזור שקט רצוי. השיטה בנוי על אלגוריתם רב ערוצי המסוגל לשלוט בשדה הקול המופק על ידי מערך רמקולים. 

ניתן להשתמש בפתרון ה-Silentium Quiet Bubble על מכשירי חשמל ביתיים רועשים, במוצרי רכב כדי להפחית את הצליל המגיע מרוח, צמיגים, מנועים ו-HVAC, במערכות תעשייתיות ליצירת סביבת עבודה שקטה, ואפילו בתוך דרכי תחבורה כמו רכבות, שדות תעופה ותחנות. 

פתרון ה-Quet Bubble מקצה לקצה של Silentium מגיע כהצעה סוהר מלאה עם רכיבי תוכנה וחומרה כאחד.  

לפי החדשות האחרונות, ל-Silentium הייתה סדרה D מורחבת. החברה סגרה את הסבב עם סך של 63 מיליון דולר. מנורה מבטחים ומיטב דש, שתיהן משקיעים מוסדיים ישראלים, הובילו את הסבב. 

לחברה יש גם את מובילת האלקטרוניקה העולמית Molex כאחד המשקיעים שלה. בעודו נתן מושג כיצד עשוי להיראות העתיד של Silentium, יואל נאור, מנכ"ל החברה, אמר את הדברים הבאים:

"אנו מקבלים בברכה שותפים חדשים שחולקים את אותה תשוקה לאקוסטיקה ורואים את הערך בשיפור הפרטיות והרווחה באמצעות חללי סאונד אישיים. עם ההשקעה החדשה הזו, נגדיל את הפיתוח וההשקה של פתרונות התוכנה Active Acoustics שלנו עבור יצרני רכב וספקי רכב - במיוחד כאשר דרישות NVH מתפתחות בעידן החדש של ניידות חשמלית ואוטונומית".

# 2. אפס סאונד

החברה מבטיחה ביטול רעשים אקטיבי באיכות גבוהה למגוון מקרי שימוש, החל מהחלק הפנימי של מונית רועשת ועד לאצטדיונים חיצוניים גדולים. הגדלה אפשרית בגלל פתרון הליבה מורכבת של פאנל. מספר הפאנלים יכול להיות מוגבר לביטול רעשים לפי תחום היישום. Zero Sound טוענת שהפתרונות שלה יכולים לבטל רעש באופן אקטיבי, ולהפחית אותו עד 92%.

פריסת יותר מעשרה לוחות דיכוי רעש דיגיטליים פעילים של ZS ביחד, אפשר לתת מענה לצרכי ביטול הרעש של מתחמי תעשייה, אתרי בנייה, אצטדיונים, מעברי רכבת וכבישים. 

מספיק כל מקום בין לוח אחד לתשעה כדי ליצור רשת דיכוי עבור גנרטורים, ציוד תעשייתי, קידוח ואתרי בנייה. 

יותר מחמישה פאנלים מספיקים לחלל סגור, כמו אלה שנמצאים בפנים משרדים, בתי חולים, חדרי שרתים ובתי מלון. וגם אמקום בין לוח אחד לארבעה מספיק למוניות של רכבי חירום, ציוד כבד וציוד חקלאי. 

לפי נתונים זמינים, סבב גיוס של Zero Sound נסגר בשעה 880,000 דולר קנדי ​​במאי 2018. 

התמודדות עם רעש: הסכנה בכל מקום של חציית גבולות

האיחוד האירופי, במונחים לא ברורים, מכיר בזיהום רעש כבעיה מרכזית, הן לבריאות האדם והן לסביבה. בעוד שחשיפה ארוכת טווח לידע עלולה לגרום למטרד, הפרעות שינה והשפעות שליליות על הלב האנושי והמערכת המטבולית, רעש סביבתי עלול לגרום לילדים לקויים קוגניטיביים. 

לפי הערכות ה-EEA, רעש סביבתי הוא הגורם המניע ל-48,000 מקרים חדשים של מחלת לב איסכמית בשנה ול-12,000 מקרי מוות בטרם עת. רעש סביבתי תורם גם למטרד גבוה כרוני בקרב 22 מיליון אנשים ולהפרעות שינה גבוהות כרוניות בקרב 6.5 מיליון אנשים. יותר מ-12,000 תלמידי בית ספר סובלים מליקוי קריאה כתוצאה מרעשי מטוס בלבד. 

התמודדות עם סכנות הרעש, לפיכך, היא משימה הדורשת לחימה מקיפה. אחד האזורים הפגיעים ביותר מבין כל אלה, שבו מספר רב של אנשים נפגע בתוך שטח קטן מאוד, הוא המרחב התעשייתי. 

מספרים מצביעים על האפשרות ש-22 מיליון עובדים בארה"ב יתמודדו עם רמות רעש מסוכנות בעבודה. יש הרבה אסטרטגיות חדשות נפרסו לשמור על איום הרעש התעשייתי בשליטה. 

שיכוך שכבה מוגבל - שהושג על ידי הנחת חומר הלחלח בין שתי יריעות מתכת - הייתה שיטה שימושית להפחתת רעידות שנוצרות על ידי מכונות. 

למטרות ביתיות, להקת חוקרים בסינגפור העלתה את הרעיון החדשני של חלונות ביטול רעשים. הרכבה של פתרונות מערכת אלו לגריל חלונות יכולה להפחית צלילים נכנסים ב-50%. 

חיישנים ממלאים תפקיד מפתח בהפיכת שיטה זו להצלחה. חיישנים אלו מזהים רעש נכנס ומשמיעים צליל עם צורת גל דומה אך הפוכה כך שגלי הקול היוצאים מהפאזה הללו עשויים לנטרל את הגלים הנכנסים, ולפזר אותם לפני שהם ממשיכים הלאה.

אחד הפתרונות המתוחכמים והמרגשים ביותר שהופיעו בשנים האחרונות היה קצף בידוד אקוסטי ננוטכנולוגיה. הוא משתמש בננוטכנולוגיה כדי להפוך גלי קול לחום. הפתרון נגיש ומוכן להגדלה, מכיוון שהוא משתמש בקצף זמין לרעש מהמדפים כבסיס. לאחר מכן מוזרק קצף כזה עם ננו-אבקה כדי ליצור תעלות מיקרוסקופיות בתוכו. ערוצים או צינורות אלו הופכים רעידות אקוסטיות לחום, ומפזרים את הצליל. 

המאבק באיום הסאונד דורש פתרונות חדשניים יותר ונכונות של יצרנים גדולים ושחקנים בתעשייה להשקיע בתבונה בפתרונות דיכוי קול. מכיוון שהקול אינו נראה, האיום שלו מפספס לעתים קרובות את המכ"ם. מזיקתו באה לידי ביטוי רק כאשר אנו מבינים את הנזק שהיא עשתה לגופנו ולפנימיותנו. זה דורש יותר מודעות, ללא ספק!

לחץ כאן כדי ללמוד הכל על הצלת חיים עם דיכוי רעש משופר בינה מלאכותית.