Вдохновленный технологией наушников, шёлк, прошитый вибрирующим волокном, действует как легкий звуковой барьер.
Резкие и нежелательные звуки слышны практически повсюду. Всемирная организация здравоохранения заявила, что шумовое загрязнение поражает сотни миллионов людей во всем мире, вызывая стресс, проблемы со сном и даже сердечно-сосудистые заболевания. И любой, кто проснулся от лязга отбойного молотка или грохота мусоровоза, знает, что дом – это не всегда спасение.
Шумовое загрязнение проникает в здания и между помещениями, когда звуковые волны — механические импульсы давления — ударяются о стены и окна и заставляют их вибрировать. Эти вибрации затем создают ещё больше звуковых волн внутри конструкции. Хотя изоляция из пенопласта и другие подавляющие материалы могут частично противодействовать этому, гася вибрации стен, они часто бывают громоздкими и неприглядными.
Шумопоглощающий лист шёлка из тутового шелкопряда, который гораздо тоньше и портативнее, может значительно упростить стремление к тишине. «В наши дни тишина — редкость», — говорит Йоэль Финк, ученый-материаловед из Массачусетского технологического института, который недавно опубликовал научную статью, описывающую прототип шёлка, в журнале Advanced Materials .
Шёлковый лист, усиленный специальным волокном, основан на технологии, также используемой в наушниках с шумоподавлением. Эти устройства создают тишину, сэмплируя окружающий шум, а затем излучая звуковые волны, которые не совпадают по фазе с окружающими. Когда окружающие и излучаемые волны перекрываются, они нейтрализуют друг друга. Поскольку это работает лучше всего, когда волны идеально перекрываются, этого легче добиться в небольшом пространстве (например, в чашках наушников). Заставить замолчать всю комнату — гораздо более сложная задача, но исследователи хотели попробовать применить базовые принципы шумоподавления к более элегантной и менее навязчивой форме изоляции.
Финк и его коллеги вшили одно пьезоэлектрическое волокно, которое может преобразовывать вибрации в электричество и наоборот, в лист шелка. Предыдущие исследования ученых доказали, что пьезоэлектрическая ткань может преобразовывать акустические звуки в электричество, фактически превращая шелковое полотно в микрофон. Чтобы заставить лист производить шумоподавляющие вибрации, им просто нужно было обратить процесс вспять.
Исследователи повесили в лаборатории круг из пьезоэлектрической шелковой ткани шириной около трех дюймов и подали напряжение от настенной розетки на пьезоэлектрическое волокно. Наэлектризованное волокно заставило вибрировать весь шелковый круг, побуждая его издавать звук. Исследователи смогли настроить напряжение для воспроизведения музыки через шелк (они выбрали «Воздух» Иоганна Себастьяна Баха). Успешно продемонстрировав, что могут точно контролировать вибрации ткани, они затем решили использовать шелковый динамик для подавления нежелательных звуков.
Команда воспроизводила одночастотный сигнал из динамика, расположенного на одной стороне шелка, а с другой измеряла громкость звука с помощью микрофона. Когда они воспроизводили ту же частоту через шелковый динамик — в противофазе с исходным источником — они обнаружили, что могут подавлять звуки громкостью до 65 децибел, что примерно соответствует громкости обычного человеческого разговора. «Это меня поразило, потому что это кусок шелка толщиной с волос», — говорит Финк.
Такая установка подавляет большую часть шума в том месте, где волны непосредственно мешают. Чтобы заблокировать звуки обычного человеческого разговора, шелк должен находиться на расстоянии около 1 метра от участников. Авторы предполагают, что развешивание этих специализированных шелковых простыней в нескольких местах комнаты может помочь добиться более высокого уровня тишины.
Команда также экспериментировала с другим методом блокировки звука, который дал ещё лучшие результаты. Подобно звуковым колебаниям в воздухе, твердые материалы вибрируют как механические волны. А две перекрывающиеся механические волны, находящиеся в противофазе, могут мешать друг другу; в физической среде эта интерференция создает неподвижную поверхность. Исследователи подозревали, что смогут воспользоваться этим свойством для физического подавления шума в комнате. В этом случае шёлк не будет издавать ни единой шумоподавляющей ноты. Вместо этого они создавали механические волны в самом шёлке, причем эти волны противодействовали волнам звука, воспроизводимого в комнате. Когда противоречивые вибрации встретились в шёлке, они погасили друг друга, и ткань замерла. Этот подход «подобен зеркалу для звука», говорит Финк, поскольку он эффективно отражает звуковые волны. Используя эту технику, лист предотвратил прохождение 75 процентов звука.
«Это интересный результат, — говорит Сара Набиль, ученый-компьютерщик и дизайнер из Королевского университета в Онтарио, которая не участвовала в этом исследовании. — Следующий шаг — передать его людям, чтобы они увидели, как они могут использовать его в своей повседневной жизни». Набиль говорит, что она могла бы предположить, что звукоизолирующий шёлк будет особенно полезен в больничной среде, где часто бывает шумно и где покой имеет решающее значение.
Следующим шагом Финка станет проверка того, насколько хорошо шёлк подавляет более сложные повседневные шумы, имеющие множество частот – то, что он называет «богатством звуков, которые нас окружают». После этого он уверен, что его команда сможет увеличить производство шелка, чтобы он стал доступен публике, вероятно, в виде подвесных штор, которые будут утяжелены внизу для дополнительного натяжения. У Финга есть личный стимул сделать это: создать рабочее место, свободное от отвлекающих факторов, для себя и своих коллег. «Мы хотим уйти от всякого шума и обрести тишину, чтобы по-настоящему сосредоточиться на науке», — говорит он.
До этого Финк думал о шелке везде, где слышал громкие звуки, включая недавний концерт Тейлор Свифт. Каким бы потрясающим ни было её выступление, «уровень шума был сумасшедшим», — говорит он. Объём и тщательно продуманные ткани в одежде Свифта постоянно возвращали его к мыслям о шумоподавляющем шёлке.
Буду несказанно благодарен если, зайдя однажды, останетесь с каналом навсегда.
Желающие поддержать канал, в ЧЕТВЁРТЫЙ раз поднимающийся из дзеновских руин, могут присылать донаты.
Номер карты Сбербанка — 2202 2068 8896 0247 (Александр Васильевич Ж.). Пожалуйста, сопроводите перевод сообщением: «Для Каморки».