Stillhet født av silke: En ny horisont åpner seg i bekjempelsen av støyplagen

Stillhet er verdifull. Ifølge American Institute of Stress viser så mye som 77 prosent av folk i USA noen fysiske tegn på stress i hverdagen, og en periode med stillhet hver dag kan hjelpe dem med å slappe av og redusere stressnivået. 

Stillhet bidrar til å senke blodtrykket, forbedre konsentrasjon og fokus, bedre søvnløshet, fremme oppmerksomt nærvær, og mer. 

Men er det lett å oppnå stillhet i det urbane livet vi lever i dag? Ta for eksempel Mumbai, Indias kommersielle hovedstad. Den har sett støynivåene nå nesten 124 desibel. Så høye lydnivåer kan plasseres et sted mellom å kjøre en motorsag (120 dB) og avgang av militærfly. 

I NYC mottok New York City Department of Buildings så mange som 3 700 støyklager i løpet av ett år, inkludert lyder fra byggearbeid, trafikkork (75 dB til 80 dB), skrikende t-baner (80 dB til 100 dB), og hammerbormaskiner (110 dB). 

Spørsmålet er, hvordan finner vi et stille sted når våre uunngåelige daglige livskomponenter er så støyende?

Forskere har tenkt på løsninger i en god stund nå. Et tverrfaglig samarbeid mellom forskere fra MIT og andre steder har utviklet en løsning: et lydundertrykkende silke­stoff. 

Lydundertrykkende silke­stoff for å skape stille rom

Stoffet som brukes i silken er knapt tykkere enn menneskehår. Påføring av en spenning får fiberen som har blitt brukt til å lage dette stoffet til å vibrere. Og det er disse vibrasjonene som hjelper til med å dempe lyden. 

På et grunnleggende og mer forutsigbart nivå interfererer lydbølgene som genereres av det vibrerende stoffet med uønsket støy og kansellerer dem. Denne teknikken er effektiv kun når den brukes i et lite rom. Støydempende hodetelefoner, siden de kun virker i det begrensede rommet rundt ørene våre, utnytter dette prinsippet for støydemping. 

Men dette stoffet går et steg videre enn konvensjonell støydemping ved å dempe vibrasjoner som er grunnleggende for lydoverføring. Det kan dempe lyd i et mye større rom, som en stue. 

Forskerne testet effektiviteten til begge støydempingsmetodene. I den direkte dempingsmodusen kunne silke­stoffet redusere lydvolumet med opptil 65 desibel. I den andre modusen, hvor vibrasjonskansellering er nøkkelen, kunne stoffet redusere lydoverføring med opptil 75 prosent.

Et annet viktig aspekt ved oppfinnelsen var at den brukte lett tilgjengelige materialer som silke, lerret og muslin. Den har mange praktiske anvendelser, som å lage skillevegger i åpne arbeidsplasser og tilby tynne stoffvegger for å hindre at lyd slipper gjennom. 

Når vi snakker om suksessen dette lydundertrykkende silket kan oppnå, sa professor Yoel Fink fra avdelingene for Materialvitenskap og Ingeniørfag samt Elektroteknikk og Datavitenskap:

“Støy er mye lettere å skape enn stillhet. For å holde støy ute, dedikerer vi mye plass til tykke vegger. [Første forfatter] Graces arbeid gir en ny mekanisme for å skape stille rom med et tynt stoffark.”

Det er imidlertid ikke første gang forskergruppen har gått for en ny tilnærming for å dempe lyd. Gruppen forsøkte å lage stoffmikrofoner ved å sy en enkelt tråd av piezoelektrisk fiber inn i stoffet. Disse piezoelektriske materialene produserte et elektrisk signal ved klemme eller bøying. De konverterte også lydbølger til signaler. Selv om metoden kunne vise sin verdi, kunne den ikke fungere utenfor et begrenset rom. 

Med den nåværende forskningen på lydundertrykkende silkefiber ønsker forskerne å undersøke hvordan løsningen deres kan blokkere lyder med flere frekvenser i fremtiden. 

Ifølge Grace Yang:

“Det finnes mange innstillinger vi kan justere for å gjøre dette lydundertrykkende stoffet effektivt. Vi vil få folk til å tenke på å kontrollere strukturelle vibrasjoner for å dempe lyd. Dette er bare begynnelsen.”

Trangen til å eliminere uønsket støy er et symptom på vår tid. Forskere har blitt inspirert til å utvikle løsninger på dette området. For noen år siden prøvde forskere å utnytte akustiske metamaterialer for å blokkere lyd. 

Oppnå stillhet gjennom akustiske metamaterialer

I kjernevitenskapelige termer er en  metamaterial “kunstig strukturerte materialer som kontrollerer og former strømmen av elektromagnetiske bølger eller muligens andre typer fysiske bølger.” 

Xin Zhang, professor i maskinteknikk ved Boston University, utviklet denne stillhetsundertrykkende løsningen, bygget med akustiske metamaterialer, for å blokkere støy samtidig som luftstrømmen bevares. 

Zhang samlet et team med doktorgradsstudenten Reza Ghaffarivarda og brukte metamaterialer, matematiske beregninger og et åpent, ringformet strukturelt design for å lage en åpen demper som kunne opprettholde effektiv ventilasjon samtidig som uønskede akustiske bølger ble redusert med opptil 94 prosent.

Støydempingsenheten duoen designet kan kalles eller sees på som en “ultra‑åpen akustisk metamaterial demper” som har en stor sentral åpning med 60 % luftstrøm. Den sentrale porten er omsluttet av seks helikale kanaler. Som følge av dette kan porten generere en bølge i motsatt fase på senderens side. De akustiske bølgene som treffer den sentrale og de helikale kanalene kansellerer hverandre, nuller overføringen og skaper stillhet. 

For funksjonell, praktisk implementering forseglet forskerne en høyttaler i den ene enden av et PVC‑rør og festet den akustiske metamaterial‑dempere i den andre enden. Lyd ble spilt gjennom høyttaleren med høy volum i den lukkede enden av røret og kunne ikke høres i den åpne enden før demperen var på plass. 

Mens han forklarte planene sine med løsningen, som allerede har fått interesse fra store selskaper på tvers av mange industrier, sa Zhang:

“Den ultra‑åpne metamaterial‑dempere gir potensial til å dempe miljøstøy fra ulike kilder. Vi er spente på å utforske mange nye muligheter hvor designet vårt kan gagne mennesker, miljøet og arbeidsforhold ved å redusere støy.”

Det er nå klart at disse løsningene, uavhengig av hvor enkle de kan virke gjennom sine effektive design, er effektive i å tjene sitt formål. Det er ganske åpenbart at selskaper innen lyd‑ og akustikkfeltet vil vurdere slike løsninger. Nedenfor vil vi diskutere et par selskaper som har investert forskning og ressurser i å finne nye måter å dempe støy på. 

#1. Silentium

Silentium er kjent for sin unike Active Noise Control (ANC)‑teknologi. De tilbyr en fullspektrums forstyrrende lydstyringsløsning som involverer proprietære algoritmer. Disse algoritmene kan tilpasse seg endringer i støyspekteret og oppnå resultater på nesten 10 dB (A) støydemping. 

Akkurat som det lydundertrykkende silket, fungerer Silentiums løsninger også i relativt større rom, som innsiden av en bil. Deres ‘Quiet Bubble’-teknologi reduserer støy ved å syntetisere de fysiske egenskapene til det uønskede støymønsteret i en ønsket stille sone. Metoden er bygget på en multikanal‑algoritme som kan kontrollere lydfeltet produsert av et array av høyttalere. 

Silentium Quiet Bubble‑løsningen kan brukes på støyende husholdningsapparater, i bilprodukter for å redusere lyden fra vind, dekk, motor og HVAC, i industrielle oppsett for å skape et stille arbeidsmiljø, og til og med i transportmidler som tog, flyplasser og stasjoner. 

Quiet Bubble‑løsningen fra Silentium leveres som et komplett turnkey‑tilbud med både programvare‑ og maskinvareelementer.  

Ifølge de siste nyhetene har Silentium gjennomført en utvidet Series D. Selskapet avsluttet runden med totalt US$63 millioner. Menora Mivtachim og Meitav Dash, begge israelske institusjonelle investorer, ledet runden. 

Selskapet har også den globale elektronikklederen Molex som en av sine investorer. Mens de gir en idé om hvordan fremtiden kan se ut for Silentium, sa selskapets administrerende direktør Yoel Naor:

“Vi ønsker nye partnere som deler samme lidenskap for akustikk og ser verdien i å forbedre personvern og velvære gjennom personlige lydrom. Med denne nye investeringen vil vi skalere opp utviklingen og utrullingen av våre Active Acoustics‑programvareløsninger for kjøretøysprodusenter og leverandører – spesielt ettersom NVH‑kravene utvikler seg i den nye æraen av elektrisk og autonom mobilitet.”

#2. Zero Sound

Selskapet lover høy‑kvalitets aktiv støydemping for en rekke bruksområder, fra innsiden av en støyende drosje til store utendørs stadioner. Skalering er mulig fordi kjerneløsningen består av et panel. Antallet paneler kan økes for å dempe støy i henhold til bruksområdet. Zero Sound hevder at deres løsninger aktivt kan kansellere støy, og redusere den med opptil 92 %. 

Ved å sette sammen mer enn ti ZS‑aktive digitale støydempingspaneler kan man dekke støydempingsbehovene til industrielle komplekser, byggeplasser, stadioner, jernbane‑ og veikryss. 

Et sted mellom ett og ni paneler er nok til å lage et dempningsnettverk for kraftgeneratorer, industrielt utstyr, boring og byggeplasser. 

Mer enn fem paneler er tilstrekkelig for et innelukket rom, som kontorinteriører, sykehus, serverrom og hoteller. Og et sted mellom ett og fire paneler er nok for kabinene til nødetater, tungt utstyr og landbruksmaskiner. 

Ifølge tilgjengelige data avsluttet Zero Sound en finansieringsrunde på CA$880 000 i mai 2018. 

Bekjempelse av støy: den allestedsnærværende faren ved overskredne grenser

Den europeiske unionen anerkjenner uten tvil støyforurensning som et stort problem, både for menneskers helse og miljøet. Langvarig eksponering for støy kan føre til irritasjon, søvnforstyrrelser og negative effekter på hjertet og metabolismen, og miljøstøy kan påvirke barns kognitive utvikling. 

Ifølge EEA‑estimater er miljøstøy den drivende årsaken til 48 000 nye tilfeller av iskjemisk hjertesykdom per år og 12 000 for tidlig dødsfall. Miljøstøy bidrar også til kronisk høy irritasjon blant 22 millioner mennesker og kronisk høy søvnforstyrrelse blant 6,5 millioner mennesker. Over 12 000 skolebarn lider av lesevansker som følge av flystøy alene. 

Å takle farene ved støy er derfor en oppgave som krever en helhetlig innsats. Et av de mest sårbare områdene, hvor mange mennesker påvirkes i et svært lite rom, er industrimiljøet. 

Tall antyder at så mange som 22 millioner amerikanske arbeidere kan stå overfor farlige støynivåer på arbeidsplassen. Mange nye strategier har blitt iverksatt for å holde denne trusselen fra industriell støy under kontroll. 

Begrenset lagdemping—oppnådd ved å plassere dempematerialet mellom to metallplater—har vært en nyttig metode for å redusere vibrasjoner generert av maskiner. 

For husholdningsformål har en gruppe forskere i Singapore kommet opp med den innovative idéen om støydempende vinduer. Å montere disse systemløsningene på vindusrammer kan redusere innkommende lyder med 50 %. 

Sensorer spiller en nøkkelrolle i å gjøre denne metoden vellykket. Sensorene oppdager innkommende støy og spiller av en lyd med en lignende, men invertert bølgeform slik at disse fasemotsatte lydbølgene kan motvirke de innkommende bølgene og dempe dem før de går videre.

En av de mest sofistikerte og spennende løsningene de siste årene har vært nanoteknologisk lydisolerende skum. Den bruker nanoteknologi til å omdanne lydbølger til varme. Løsningen er tilgjengelig og klar for oppskalering, da den bruker tilgjengelig ferdigkjøpt lydisolerende skum som base. Slike skum blir deretter injisert med et nanopulver for å skape mikroskopiske kanaler i materialet. Disse kanalene eller rørene omdanner akustiske vibrasjoner til varme, og demper lyden. 

Bekjempelse av lydtrusselen krever flere innovative løsninger og vilje fra store produsenter og industrispillere til å investere klokt i støydempingsløsninger. Siden lyd ikke er synlig, går trusselen ofte ubemerket. Skadeligheten blir først tydelig når vi innser skaden den har påført våre kropper og vårt indre selv. Det krever mer bevissthet, helt sikkert!

Klikk her for å lære alt om å redde liv med AI‑forsterket støydemping.