Silence Born Out of Silk: New Horizon öppnar sig för att bekämpa bullrets hot

Tystnaden är dyrbar. Enligt American Institute of Stress, lika mycket som 77 procent av människorna i USA visa några fysiska tecken på stress när de lever sina vardagliga liv, och en period av tystnad varje dag kan hjälpa dem att slappna av och minska stressnivåerna. 

Tystnad hjälper till att sänka blodtrycket, förbättra koncentration och fokus, förbättra sömnlöshet, uppmuntra mindfulness och mer. 

Men är det lätt att uppnå tystnad i det stadsliv vi lever idag? Ta Mumbai, Indiens kommersiella huvudstad, som exempel. Där har ljudnivåerna nått närmare 124 decibel. Sådana höga ljudnivåer skulle kunna placeras någonstans mellan att köra en motorsåg (120 dB) och att lyfta militära jetplan. 

I NYC tog New York City Department of Buildings emot så många som 3,700 XNUMX bullerklagomål på ett år, inklusive ljudet av byggbuller, trafikstockningar (75dB till 80dB), skrikande tunnelbanor (80dB till 100dB) och hammare (110dB).

Frågan är, hur hittar vi en plats av tystnad när våra oundvikliga vardagskomponenter är så bullriga?

Forskare har funderat på lösningar under ganska lång tid nu. Ett tvärvetenskapligt samarbete mellan forskare från MIT och andra håll har utvecklat en lösning: ett ljuddämpande sidentyg. 

Ljuddämpande sidentyg för att skapa tysta utrymmen

Tyget som används i siden är knappast tjockare än människohår. Appliceringen av en spänning gör fibern som har använts för att få detta tyg att vibrera. Och det är dessa vibrationer som hjälper till att dämpa ljudet. 

På en primär och mer förutsägbar nivå stör ljudvågorna som genereras av det vibrerande tyget oönskat brus och tar bort dem. Denna teknik är effektiv endast när den appliceras inom ett litet utrymme. Brusreducerande hörlurar, eftersom de bara fungerar på det begränsade utrymmet i våra öron, trivs med denna princip om brusreducering. 

Men det här tyget går ett steg längre än konventionell brusreducering genom att dämpa vibrationer som är grundläggande för ljudöverföring. Det kan dämpa ljud i ett mycket större vardagsrum. 

Forskarna testade effektiviteten hos båda bullerdämpningsmetoderna. I läget för direkt undertryckning kunde sidentyget minska ljudvolymen upp till 65 decibel. I det andra läget, där vibrationsavstängning är nyckeln, kan tyget minska ljudöverföringen med upp till 75 procent.

En annan avgörande aspekt av uppfinningen var att den använde lättåtkomliga material som silke, duk och muslin. Den har höga verkliga tillämpningar, som att göra avdelare på öppna arbetsplatser och erbjuda tunna tygväggar för att förhindra att ljud tränger igenom. 

Medan Yoel Fink, professor vid avdelningarna för materialvetenskap och teknik och elektroteknik och datavetenskap, talade om framgången som detta ljuddämpande silke kunde uppnå, hade följande att säga:

”Buller är mycket lättare att skapa än tystnad. För att hålla buller ute avsätter vi mycket utrymme för tjocka väggar. [Första författaren] Graces arbete ger en ny mekanism för att skapa tysta utrymmen med ett tunt tygark.”

Det är dock inte första gången som gruppen av forskare som är inblandade i detta försök gick på en ny metod för att undertrycka ljud. Gruppen försökte skapa tygmikrofoner genom att sy en enda sträng av piezoelektrisk fiber i tyget. Dessa piezoelektriska material producerade en elektrisk signal vid klämning eller böjning. De omvandlade ljudvibrationer till signaler också. Även om metoden kunde bevisa sitt värde, kunde den inte fungera utöver ett begränsat utrymme. 

Med den aktuella forskningen om ljuddämpande silkesfiber vill forskarna undersöka hur deras lösning kan blockera ljudet från flera frekvenser i framtiden. 

Enligt Grace Yang:

"Det finns många rattar vi kan vrida på för att göra detta ljuddämpande tyg effektivt. Vi vill få folk att tänka på att kontrollera strukturella vibrationer för att dämpa ljud. Detta är bara början."

Behovet att eliminera oönskat buller är ett symptom på vår tid. Forskare har inspirerats till att utveckla lösningar inom detta område. För ett par år sedan försökte forskare använda akustiska metamaterial för att blockera ljud. 

Att uppnå tystnad genom akustiska metamaterial

I kärnvetenskapliga termer, a metamaterial är "Artificiellt strukturerade material som styr och formar flödet av elektromagnetiska vågor eller möjligen någon annan typ av fysiska vågor." 

Xin Zhang, professor i maskinteknik vid Boston University, utvecklade denna tystnadsdämpande lösning, byggd med akustiska metamaterial, för att blockera buller samtidigt som luftflödet bevaras. 

Zhang bildade ett team med doktoranden Reza Ghaffarivarda och använde metamaterial, matematiska beräkningar och en öppen, ringliknande strukturell design för att skapa en öppen ljuddämpare som kunde upprätthålla effektiv ventilation samtidigt som den minskade oönskade akustiska vågor med upp till 94 procent.

Ljuddämparen som duon designade kan namnges eller ses som en "ultraöppen akustisk metamaterialljuddämpare" som har en stor central öppning med 60 % luftflöde. Dess centrala hamn är insvept med sex spiralformade kanaler. Som ett resultat kan porten generera en ur-fasvåg på sändarsidan. De akustiska vågorna som genereras när de träffar de centrala och spiralformade kanalerna tar bort varandra, och upphäver överföringen och skapar tystnad. 

För funktionell implementering på marken förseglade forskarna en högtalare i ena änden av ett PVC-rör och fäste den akustiska metamaterialljuddämparen i den andra änden. Ljud spelades genom högtalaren med hög volym i den stängda änden av röret och kunde inte höras i den öppna änden förrän ljuddämparen var där. 

Samtidigt som han förklarade sina planer med lösningen, som redan har fått intresse från stora företag inom många branscher, sa Zhang:

"Den ultraöppna metamaterialljuddämparen erbjuder potentialen att dämpa omgivningsljud från olika källor. Vi är glada över att utforska många nya möjligheter där vår design kan gynna människor, vår miljö och arbetsförhållanden genom att minska buller.”

Det står nu klart att dessa lösningar, oavsett hur enkla de framstår genom sin effektiva design, är effektiva i att tjäna sitt syfte. Det är ganska uppenbart att företag inom ljud och akustik kommer att överväga sådana lösningar. Nedan kommer vi att diskutera ett par företag som har satsat forskning och resurser på att hitta nya sätt att dämpa buller. 

# 1. Silentium

Silentium är känt för sin unika Active Noise Control (ANC)-teknik. Den erbjuder en fullständigt störande ljudhanteringslösning som involverar proprietära algoritmer. Dessa algoritmer kan anpassa sig till förändringar i brusspektrumet och uppnå resultat på nästan 10 dB (A) brusreducering. 

Precis som det ljuddämpande silket fungerar Silentiums lösningar även i jämförelsevis större utrymmen, som insidan av en bil. Dess "Quite Bubble"-teknik minskar buller genom att syntetisera de fysiska egenskaperna hos det oönskade bullerfältet i en önskad tyst zon. Metoden är byggt på en flerkanalsalgoritm som kan styra ljudfältet som produceras av en uppsättning högtalare. 

Silentium Quiet Bubble-lösningen kan användas på bullriga hushållsapparater, i bilprodukter för att minska ljudet från vind, däck, motor och HVAC, i industriella installationer för att skapa en tyst arbetsmiljö, och även inom transportsätt som tåg, flygplatser och stationer. 

Quiet Bubble end-to-end-lösning från Silentium kommer som ett komplett nyckelfärdigt erbjudande med både mjukvara och hårdvaruelement.  

Enligt de senaste nyheterna hade Silentium en utökad serie D. Företaget avslutade rundan med totalt 63 miljoner USD. Menora Mivtachim och Meitav Dash, båda israeliska institutionella investerare, ledde rundan. 

Företaget har även den globala elektronikledaren Molex som en av sina investerare. Samtidigt som Yoel Naor, VD för företaget, gav en uppfattning om hur framtiden kan se ut för Silentium, hade följande att säga:

"Vi välkomnar nya partners som delar samma passion för akustik och ser värdet i att förbättra integritet och välbefinnande genom personliga ljudutrymmen. Med denna nya investering kommer vi att skala upp utvecklingen och utrullningen av våra Active Acoustics-mjukvarulösningar för fordonstillverkare och fordonsleverantörer – särskilt när NVH-kraven utvecklas i den nya eran av elektrisk och autonom mobilitet.”

# 2. Noll ljud

Företaget lovar högkvalitativ aktiv brusreducering för en rad användningsfall, från insidan av en bullrig hytt till stora utomhusarenor. Uppskalning är möjlig eftersom kärnlösningen ingår av en panel. Antalet paneler kan ökas för att ta bort brus enligt användningsområdet. Zero Sound hävdar att dess lösningar aktivt kan ta bort brus och minska det med upp till 92 %.

Genom att använda mer än tio aktiva ZS digitala brusreduceringspaneler tillsammans kan man tillgodose brusreduceringsbehoven för industrikomplex, byggarbetsplatser, arenor, järnvägs- och vägkorsningar. 

Allt mellan en och nio paneler räcker för att skapa ett undertryckningsnätverk för kraftgeneratorer, industriell utrustning, borrning och byggarbetsplatser. 

Mer än fem paneler räcker för ett slutet utrymme, som de som finns i kontorsinredningar, sjukhus, serverrum och hotell. Och ennystans mellan en och fyra paneler räcker för hytter i utryckningsfordon, tung utrustning och jordbruksutrustning. 

Enligt tillgängliga data hade Zero Sound en finansieringsrunda stängd kl 880,000 2018 CA$ i maj XNUMX. 

Tackling av buller: den allestädes närvarande faran med korsade gränser

Europeiska unionen erkänner, utan osäkerhet, buller som ett stort problem, både för människors hälsa och för miljön. Medan långvarig exponering för kunskap kan resultera i irritation, sömnstörningar och negativa effekter på det mänskliga hjärtat och det metabola systemet, kan miljöbuller leda till kognitivt nedsatta barn. 

Enligt EES-uppskattningar, är miljöbuller den drivande orsaken till 48,000 12,000 nya fall av ischemisk hjärtsjukdom per år och 22 6.5 för tidiga dödsfall. Miljöbuller bidrar också till kronisk hög störning bland 12,000 miljoner människor och kronisk hög sömnstörning bland XNUMX miljoner människor. Mer än XNUMX XNUMX skolbarn lider av läsnedsättning enbart på grund av flygbuller. 

Att ta itu med riskerna med buller är därför en uppgift som kräver allsidig bekämpning. Ett av de mest utsatta områdena av alla dessa, där ett stort antal människor drabbas inom ett mycket litet utrymme, är industriutrymmet. 

Siffror tyder på att så många som 22 miljoner amerikanska arbetare kan utsättas för farliga bullernivåer på jobbet. Många nya strategier har har utplacerats för att hålla detta hot om industriellt buller under kontroll. 

Begränsad skiktdämpning – som uppnås genom att placera det dämpande materialet mellan två metallplåtar – har varit en användbar metod för att minska vibrationer som genereras av maskiner. 

För inhemska ändamål har ett gäng forskare i Singapore kommit på den innovativa idén om brusreducerande fönster. Att montera dessa systemlösningar på fönstergrillar kan minska inkommande ljud med 50 %. 

Sensorer spelar en nyckelroll för att göra denna metod till en framgång. Dessa sensorer upptäcker inkommande brus och spelar upp ett ljud med en liknande men inverterad vågform så att dessa utfasade ljudvågor kan motverka de inkommande vågorna och skingra dem innan de går längre.

En av de mest sofistikerade och spännande lösningarna som dykt upp de senaste åren har varit nanoteknologiskt ljudisolerande skum. Den använder nanoteknik för att förvandla ljudvågor till värme. Lösningen är tillgänglig och uppskalningsfärdig, eftersom den använder tillgängligt ljudisolerande skum som bas. Sådant skum injiceras sedan med ett nanopulver för att skapa mikroskopiska kanaler inuti det. Dessa kanaler eller rör förvandlar akustiska vibrationer till värme, vilket leder bort ljudet. 

Att bekämpa ljudhotet kräver mer innovativa lösningar och en vilja från stora tillverkare och branschaktörer att investera klokt i lösningar för ljuddämpning. Eftersom ljud inte är synligt missar dess hot ofta radarn. Dess skadlighet kommer först i förgrunden när vi inser vilken skada den har gjort på våra kroppar och vårt inre. Det kräver mer medvetenhet, helt klart!

Klicka här för att lära dig allt om att rädda liv med AI-förbättrad brusreducering.