Pesquisadores da Universidade de Boston, Xin Zhang, um professor da Faculdade de Engenharia, e Reza Ghaffarivardavagh, um Ph.D. estudante do Departamento de Engenharia Mecânica, lançou um artigo em Revisão Física B demonstrando que é possível silenciar o ruído usando um aberto, estrutura semelhante a um anel, criado para especificações matematicamente perfeitas, para cortar sons enquanto mantém o fluxo de ar.

"As barreiras de som de hoje são paredes pesadas, literalmente, "diz Ghaffarivardavagh. Embora as barricadas atenuem o ruído, chamados de defletores de som, pode ajudar a abafar o tráfego da hora do rush ou conter a sinfonia da música dentro das paredes da sala de concertos, eles são uma abordagem desajeitada que não é adequada para situações em que o fluxo de ar também é crítico. Imagine barricar a abertura de exaustão de um motor a jato - o avião nunca sairia do solo. Em vez de, os trabalhadores na pista usam tampões de ouvido para proteger sua audição do barulho ensurdecedor.

Ghaffarivardavagh e Zhang permitiram que a matemática - uma paixão compartilhada que impulsionou suas carreiras de engenharia e os tornou parceiros de pesquisa adequados - os guiasse em direção a um projeto viável para a aparência do metamaterial acústico.

Eles calcularam as dimensões e especificações que o metamaterial precisaria ter para interferir nas ondas sonoras transmitidas, evitando que o som - mas não o ar - seja irradiado através da estrutura aberta. A premissa básica é que o metamaterial precisa ser moldado de tal forma que envie os sons recebidos de volta para o local de onde vieram, eles dizem.

Como um caso de teste, eles decidiram criar uma estrutura que pudesse silenciar o som de um alto-falante. Com base em seus cálculos, eles modelaram as dimensões físicas que silenciariam de maneira mais eficaz os ruídos. Dando vida a esses modelos, eles usaram impressão 3D para materializar uma abertura, estrutura de cancelamento de ruído feita de plástico.

Experimentando no laboratório, os pesquisadores selaram o alto-falante em uma extremidade de um tubo de PVC. Na outra extremidade, o metamaterial acústico feito sob medida foi preso na abertura. Com o toque do botão play, a configuração experimental do alto-falante ganhou vida silenciosamente no laboratório. De pé na sala, baseado apenas no seu sentido de audição, você nunca saberia que o alto-falante estava emitindo uma nota irritantemente aguda. Se, Contudo, você espiou dentro do tubo de PVC, você veria os subwoofers do alto-falante zumbindo.

O metamaterial, zumbindo em torno do perímetro interno da boca do tubo, funcionou como um botão mudo encarnado até o momento em que Ghaffarivardavagh se abaixou e o puxou. O laboratório de repente ecoou com o guincho da melodia do alto-falante.

"O momento em que colocamos e removemos o silenciador ... foi literalmente noite e dia, "diz Jacob Nikolajczyk, que, além de ser um co-autor do estudo e ex-pesquisador de graduação no laboratório de Zhang, é um artista vocal apaixonado. "Há meses víamos esses tipos de resultados em nossa modelagem por computador - mas uma coisa é ver os níveis de pressão sonora modelados em um computador, e outro para ouvir você mesmo o impacto. "

Ao comparar os níveis de som com e sem o metamaterial fixado no lugar, a equipe descobriu que podia silenciar quase todo - 94 por cento para ser exato - do ruído, tornando os sons que emanam do alto-falante imperceptíveis ao ouvido humano.

Agora que seu protótipo se provou tão eficaz, os pesquisadores têm algumas grandes ideias sobre como seu metamaterial de silenciamento acústico poderia funcionar tornando o mundo real mais silencioso.

"Drones são um assunto muito quente, "Diz Zhang. Empresas como a Amazon estão interessadas em usar drones para entregar mercadorias, ela diz, e "as pessoas estão reclamando do ruído potencial."

"O culpado é o movimento ascendente do ventilador, "Ghaffarivardavagh diz." Se pudermos colocar estruturas abertas silenciadoras de som sob os ventiladores de drones, podemos cancelar o som que irradia para o solo. "

Mais perto de casa - ou do escritório - os ventiladores e sistemas HVAC podem se beneficiar de metamateriais acústicos que os tornam silenciosos, mas ainda permitem que o ar quente ou frio circule livremente por todo o edifício.

Ghaffarivardavagh e Zhang também apontam para a falta de estética das barreiras acústicas usadas hoje para reduzir a poluição sonora do tráfego e ver espaço para uma atualização estética. "Nossa estrutura é superleve, abrir, e bonito. Cada peça pode ser usada como uma telha ou tijolo para aumentar e construir um cancelamento de som, parede permeável, " eles dizem.

A forma de metamateriais de silenciamento acústico, com base em seu método, também é totalmente personalizável, Ghaffarivardavagh diz. A parte externa não precisa ser um anel redondo para funcionar.

"Podemos projetar a forma externa como um cubo ou hexágono, Qualquer coisa, mesmo, "diz ele." Quando queremos criar uma parede, iremos para uma forma hexagonal "que pode se encaixar como uma estrutura de favo de mel ao ar livre.

Essas paredes podem ajudar a conter muitos tipos de ruídos. Mesmo aqueles provenientes das vibrações intensas de uma máquina de ressonância magnética, Zhang diz.

De acordo com Stephan Anderson, professor de radiologia da BU School of Medicine e co-autor do estudo, o metamaterial acústico poderia ser dimensionado "para caber dentro do furo central de uma máquina de ressonância magnética, "protegendo os pacientes do som durante o processo de imagem.

Zhang diz que as possibilidades são infinitas, uma vez que o método de mitigação de ruído pode ser personalizado para se adequar a quase todos os ambientes:"A ideia é que agora podemos projetar matematicamente um objeto que pode bloquear os sons de qualquer coisa, " ela diz.