Investigadores de la Universidad de Boston, Xin Zhang, profesor de la Facultad de Ingeniería, y Reza Ghaffarivardavagh, un doctorado estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica, publicó un documento en Revisión física B demostrando que es posible silenciar el ruido con un estructura en forma de anillo, creado con especificaciones matemáticamente perfectas, para cortar los sonidos mientras se mantiene el flujo de aire.

"Las barreras de sonido de hoy son paredes gruesas y pesadas, ", dice Ghaffarivardavagh. Aunque las barricadas para mitigar el ruido, llamados deflectores de sonido, puede ayudar a ahogar el ruido del tráfico en las horas pico o contener la sinfonía de la música dentro de las paredes de la sala de conciertos, son un enfoque torpe que no se adapta bien a situaciones en las que el flujo de aire también es crítico. Imagínese colocar una barricada en la ventilación de escape de un motor a reacción:el avión nunca despegaría del suelo. En lugar de, los trabajadores en la pista usan tapones para los oídos para proteger sus oídos del rugido ensordecedor.

Ghaffarivardavagh y Zhang dejaron que las matemáticas —una pasión compartida que ha impulsado sus carreras de ingeniería y los ha convertido en socios de investigación adecuados— los guíe hacia un diseño viable de cómo se vería el metamaterial acústico.

Calcularon las dimensiones y especificaciones que necesitaría tener el metamaterial para interferir con las ondas sonoras transmitidas, impidiendo que el sonido, pero no el aire, se irradie a través de la estructura abierta. La premisa básica es que el metamaterial debe moldearse de tal manera que envíe los sonidos entrantes de regreso a su lugar de origen. ellos dicen.

Como caso de prueba, decidieron crear una estructura que pudiera silenciar el sonido de un altavoz. Según sus cálculos, modelaron las dimensiones físicas que silenciarían con mayor eficacia los ruidos. Dando vida a esos modelos, utilizaron la impresión 3-D para materializar un estructura de cancelación de ruido hecha de plástico.

Probándolo en el laboratorio los investigadores sellaron el altavoz en un extremo de un tubo de PVC. En el otro extremo, el metamaterial acústico hecho a medida se fijó en la abertura. Con solo presionar el botón de reproducción, la configuración experimental del altavoz cobró vida en el laboratorio de forma muy silenciosa. De pie en la habitación basado solo en tu sentido del oído, nunca sabría que el altavoz estaba emitiendo una nota irritantemente aguda. Si, sin embargo, miraste por la tubería de PVC, vería los subwoofers del altavoz retumbando.

El metamaterial, sonando alrededor del perímetro interno de la boca de la tubería, funcionó como un botón de silencio encarnado hasta el momento en que Ghaffarivardavagh se agachó y lo liberó. El laboratorio de repente hizo eco con el chirrido de la melodía del altavoz.

"El momento en que colocamos y retiramos el silenciador ... fue literalmente de día y de noche, "dice Jacob Nikolajczyk, quien, además de ser coautor del estudio y ex investigador de pregrado en el laboratorio de Zhang, es un intérprete vocal apasionado. "Habíamos estado viendo este tipo de resultados en nuestro modelado por computadora durante meses, pero una cosa es ver los niveles de presión sonora modelados en una computadora, y otro para escuchar su impacto usted mismo ".

Al comparar los niveles de sonido con y sin el metamaterial fijado en su lugar, el equipo descubrió que podían silenciar casi todo (el 94 por ciento para ser exactos) del ruido, haciendo que los sonidos que emanan del altavoz sean imperceptibles para el oído humano.

Ahora que su prototipo ha demostrado ser tan eficaz, los investigadores tienen grandes ideas sobre cómo su metamaterial silenciador acústico podría funcionar para hacer que el mundo real sea más silencioso.

"Los drones son un tema muy candente, ", Dice Zhang. Empresas como Amazon están interesadas en utilizar drones para entregar mercancías, ella dice, y "la gente se queja del posible ruido".

"El culpable es el movimiento del ventilador hacia arriba, "Dice Ghaffarivardavagh." Si podemos poner estructuras abiertas silenciadoras de sonido debajo de los ventiladores de los drones, podemos cancelar el sonido que irradia hacia el suelo ".

Más cerca de casa, o de la oficina, los ventiladores y los sistemas HVAC podrían beneficiarse de los metamateriales acústicos que los hacen silenciosos y, al mismo tiempo, permiten que el aire frío o caliente circule sin obstáculos por todo el edificio.

Ghaffarivardavagh y Zhang también señalan lo antiestético de las barreras de sonido que se utilizan hoy en día para reducir la contaminación acústica del tráfico y ver espacio para una mejora estética. "Nuestra estructura es superligera, abierto, y hermoso. Cada pieza podría usarse como un mosaico o ladrillo para escalar y construir una cancelación de sonido, pared permeable, " ellos dicen.

La forma de los metamateriales silenciadores acústicos, basado en su método, también es completamente personalizable, Dice Ghaffarivardavagh. La parte exterior no necesita tener forma de anillo redondo para funcionar.

"Podemos diseñar la forma exterior como un cubo o un hexágono, cualquier cosa en realidad, ", dice." Cuando queremos crear un muro, pasaremos a una forma hexagonal "que puede encajar como una estructura de panal al aire libre.

Tales paredes podrían ayudar a contener muchos tipos de ruidos. Incluso los de las intensas vibraciones de una máquina de resonancia magnética, Dice Zhang.

Según Stephan Anderson, profesor de radiología en la Facultad de Medicina de la BU y coautor del estudio, el metamaterial acústico podría potencialmente escalarse "para encajar dentro del orificio central de una máquina de resonancia magnética, "protegiendo a los pacientes del sonido durante el proceso de obtención de imágenes.

Zhang dice que las posibilidades son infinitas, dado que el método de mitigación del ruido se puede personalizar para adaptarse a casi cualquier entorno:"La idea es que ahora podamos diseñar matemáticamente un objeto que pueda bloquear los sonidos de cualquier cosa, " ella dice.