ricercatori dell'Università di Boston, Xin Zhang, professore alla Facoltà di Ingegneria, e Reza Ghaffarivardavagh, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, pubblicato un documento in Revisione fisica B dimostrando che è possibile silenziare il rumore usando un open, struttura ad anello, creato per specifiche matematicamente perfette, per eliminare i suoni mantenendo il flusso d'aria.

"Le odierne barriere acustiche sono letteralmente muri spessi e pesanti, " dice Ghaffarivardavagh. Sebbene le barricate antirumore, chiamati deflettori sonori, può aiutare a soffocare il fruscio del traffico dell'ora di punta o contenere la sinfonia della musica all'interno delle pareti della sala da concerto, sono un approccio goffo non adatto a situazioni in cui anche il flusso d'aria è critico. Immagina di barricare lo sfiato di scarico di un motore a reazione:l'aereo non lascerebbe mai il suolo. Anziché, i lavoratori sull'asfalto indossano tappi per le orecchie per proteggere l'udito dal rombo assordante.

Ghaffarivardavagh e Zhang hanno lasciato che la matematica, una passione condivisa che ha sostenuto entrambe le loro carriere ingegneristiche e li ha resi partner di ricerca adatti, li guidi verso un progetto funzionante per come sarebbe il metamateriale acustico.

Hanno calcolato le dimensioni e le specifiche che il metamateriale dovrebbe avere per interferire con le onde sonore trasmesse, impedendo che il suono, ma non l'aria, venga irradiato attraverso la struttura aperta. La premessa di base è che il metamateriale deve essere modellato in modo tale da rimandare i suoni in arrivo da dove sono venuti, dicono.

Come caso di prova, hanno deciso di creare una struttura che potesse silenziare il suono di un altoparlante. Sulla base dei loro calcoli, hanno modellato le dimensioni fisiche che avrebbero messo a tacere più efficacemente i rumori. Dare vita a quei modelli, hanno usato la stampa 3D per materializzare un'apertura, struttura antirumore in plastica.

Provandolo in laboratorio, i ricercatori hanno sigillato l'altoparlante in un'estremità di un tubo in PVC. Dall'altra parte, il metamateriale acustico su misura è stato fissato nell'apertura. Con il tocco del pulsante di riproduzione, l'impianto sperimentale di altoparlanti ha preso vita in modo così silenzioso in laboratorio. In piedi nella stanza, basandosi solo sul tuo senso dell'udito, non diresti mai che l'altoparlante stava emettendo una nota acuta e irritante. Se, però, hai sbirciato nel tubo di pvc, vedresti i subwoofer dell'altoparlante ronzare via.

Il metamateriale, risuonando lungo il perimetro interno della bocca del tubo, ha funzionato come un pulsante muto incarnato fino al momento in cui Ghaffarivardavagh si è abbassato e lo ha tirato fuori. Il laboratorio improvvisamente echeggiò dello stridio della melodia dell'altoparlante.

"Il primo momento in cui abbiamo posizionato e rimosso il silenziatore... è stato letteralmente giorno e notte, "dice Jacob Nikolajczyk, che oltre ad essere un coautore dello studio ed ex ricercatore universitario nel laboratorio di Zhang è un appassionato interprete vocale. "Abbiamo visto questo tipo di risultati nella nostra modellazione al computer per mesi, ma una cosa è vedere i livelli di pressione sonora modellati su un computer, e un altro per sentirne l'impatto da soli."

Confrontando i livelli sonori con e senza il metamateriale fissato in posizione, il team ha scoperto che potevano mettere a tacere quasi tutto, il 94 percento per l'esattezza, del rumore, rendendo impercettibili all'orecchio umano i suoni provenienti dall'altoparlante.

Ora che il loro prototipo si è dimostrato così efficace, i ricercatori hanno alcune grandi idee su come il loro metamateriale di silenziamento acustico potrebbe funzionare rendendo il mondo reale più silenzioso.

"I droni sono un argomento molto scottante, " Dice Zhang. Aziende come Amazon sono interessate a utilizzare i droni per consegnare merci, lei dice, e "la gente si lamenta del potenziale rumore".

"Il colpevole è il movimento del ventilatore verso l'alto, " Dice Ghaffarivardavagh. "Se riusciamo a mettere strutture aperte per silenziare il suono sotto le ventole dei droni, possiamo cancellare il suono che si irradia verso il suolo."

Più vicino a casa o in ufficio, i ventilatori e i sistemi HVAC potrebbero trarre vantaggio da metamateriali acustici che li rendono silenziosi ma consentono comunque all'aria calda o fredda di circolare senza ostacoli in tutto l'edificio.

Ghaffarivardavagh e Zhang sottolineano anche l'inestetismo delle barriere acustiche utilizzate oggi per ridurre l'inquinamento acustico da traffico e vedere spazio per un aggiornamento estetico. "La nostra struttura è super leggera, aprire, e bellissimo. Ogni pezzo potrebbe essere usato come una piastrella o un mattone per scalare e costruire una cancellazione del suono, parete permeabile, " dicono.

La forma dei metamateriali fonoassorbenti, in base al loro metodo, è anche completamente personalizzabile, dice Ghaffarivardavagh. La parte esterna non ha bisogno di essere a forma di anello rotondo per funzionare.

"Possiamo progettare la forma esterna come un cubo o un esagono, qualsiasi cosa davvero, " dice. "Quando vogliamo creare un muro, andremo a una forma esagonale" che possa incastrarsi come una struttura a nido d'ape a cielo aperto.

Tali pareti potrebbero aiutare a contenere molti tipi di rumori. Anche quelli delle intense vibrazioni di una macchina per la risonanza magnetica, dice Zhang.

Secondo Stephan Anderson, professore di radiologia presso la BU School of Medicine e coautore dello studio, il metamateriale acustico potrebbe essere potenzialmente ridimensionato "per adattarsi all'interno del foro centrale di una macchina per risonanza magnetica, "proteggere i pazienti dal suono durante il processo di imaging.

Zhang dice che le possibilità sono infinite, poiché il metodo di mitigazione del rumore può essere personalizzato per adattarsi a quasi tutti gli ambienti:"L'idea è che ora possiamo progettare matematicamente un oggetto in grado di bloccare i suoni di qualsiasi cosa, " lei dice.