可以透过光和空气,却能阻挡声音的超材料

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将数学理论与3D打印相结合,波士顿大学的研究人员创造出了一种看似违背逻辑的新材料:光和空气可以通过它,但声音不行。

“我们的想法是,借助数学理论设计一种能够阻挡任何声音的物体。”研究员Xin Zhang在新闻稿中说道——这意味着未来可能会比现在要安静得多。

他们的论文发表在《物理评论B》期刊上,其中描述了创造他们所谓的“声学超材料”的过程。

研究人员首先计算出材料的尺寸和规格,以便能够在不阻挡空气或光线的情况下将传入的声波反射回去。

然后他们将材料3D打印成圆环形状并将其环到PVC管的一端,PVC管另一端连接到扬声器上。

当用扬声器发出高音时,他们发现这种形状的材料阻挡了94%的声音。

“我们取下消音器的那一刻……哇,和前一刻比,那响动简直惊天动地。”研究员Jacob Nikolajczyk在新闻稿中说道。

“几个月来,我们通过计算机建模预知到了这一结果——但在计算机上看到模拟的声压级数字是一回事,实际听到是另一回事。”

研究人员为他们的声学超材料设想出许多应用场景,他们声称其结构不仅限于他们所展示的甜甜圈形状。

“我们的结构超轻,开放,美观。”张和她的研究员Reza Ghaffarivardavagh在新闻稿中说,“可以用作瓷砖或砖块,以便扩大尺寸并建造一个可以消除声音的透水墙。”

他们注意到还可以使用这种材料来抑制无人机、HVAC系统甚至是MRI机器的噪声——看起来任何发出恼人嗡嗡声的机械都可以通过安装新材料来降噪。

文章来源:煎蛋网,本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

补充:

可以透过光和空气,却能阻挡声音的超材料

上图中展示了不同频段声音被减弱的效果。图示(a) 是400Hz平面波,声能没有被降低太多;(b) 460Hz,因为类法诺共振效应,声能则被极大削弱了;(c) 则显示了不同频率声波(横轴)在不同开口性(也即开口面积占圆环横截面总面积的比例,纵轴)上的穿过表现,越蓝代表削弱越严重。

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