Chercheurs de l'Université de Boston, Xin Zhang, professeur à la faculté d'ingénierie, et Reza Ghaffarivardavagh, un doctorat étudiant au département de génie mécanique, a publié un article en Examen physique B démontrant qu'il est possible de faire taire le bruit à l'aide d'un structure en anneau, créé selon des spécifications mathématiquement parfaites, pour couper les sons tout en maintenant le flux d'air.

« Les murs du son d'aujourd'hui sont littéralement des murs épais et épais, " dit Ghaffarivardavagh. Bien que des barricades antibruit, appelés baffles sonores, peut aider à étouffer le bruit de la circulation aux heures de pointe ou contenir la symphonie de la musique dans les murs de la salle de concert, c'est une approche maladroite qui n'est pas bien adaptée aux situations où le flux d'air est également critique. Imaginez barricader l'évent d'échappement d'un moteur à réaction - l'avion ne quitterait jamais le sol. Au lieu, les travailleurs sur le tarmac portent des bouchons d'oreilles pour protéger leur audition du rugissement assourdissant.

Ghaffarivardavagh et Zhang ont laissé les mathématiques - une passion commune qui a soutenu leurs deux carrières d'ingénieur et en ont fait des partenaires de recherche bien adaptés - les guider vers une conception viable de ce à quoi ressemblerait le métamatériau acoustique.

Ils ont calculé les dimensions et les spécifications que le métamatériau aurait besoin pour interférer avec les ondes sonores transmises, empêchant le son - mais pas l'air - d'être rayonné à travers la structure ouverte. Le principe de base est que le métamatériau doit être façonné de manière à renvoyer les sons entrants d'où ils viennent, ils disent.

Comme cas de test, ils ont décidé de créer une structure capable de faire taire le son d'un haut-parleur. Sur la base de leurs calculs, ils ont modélisé les dimensions physiques qui atténueraient le plus efficacement les bruits. Donner vie à ces modèles, ils ont utilisé l'impression 3D pour matérialiser un espace ouvert, structure antibruit en plastique.

l'essayer en labo, les chercheurs ont scellé le haut-parleur dans une extrémité d'un tuyau en PVC. De l'autre côté, le métamatériau acoustique sur mesure a été fixé dans l'ouverture. En appuyant sur le bouton de lecture, la configuration expérimentale des haut-parleurs a pris vie si silencieusement dans le laboratoire. Debout dans la pièce, basé sur votre sens de l'ouïe seul, vous ne sauriez jamais que le haut-parleur émettait une note aiguë irritante. Si, cependant, vous avez regardé dans le tuyau en PVC, vous verriez les subwoofers du haut-parleur bourdonner.

Le métamatériau, résonnant autour du périmètre interne de l'embouchure du tuyau, fonctionnait comme un bouton muet incarné jusqu'au moment où Ghaffarivardavagh s'est penché et l'a libéré. Le laboratoire a soudainement résonné avec le crissement de la mélodie du haut-parleur.

"Le moment où nous avons placé et retiré le silencieux pour la première fois... était littéralement le jour et la nuit, " dit Jacob Nikolajczyk, qui, en plus d'être co-auteur de l'étude et ancien chercheur de premier cycle dans le laboratoire de Zhang, est un interprète vocal passionné. "Nous voyions ce genre de résultats dans notre modélisation informatique depuis des mois, mais c'est une chose de voir les niveaux de pression acoustique modélisés sur un ordinateur, et un autre pour entendre vous-même son impact."

En comparant les niveaux sonores avec et sans le métamatériau fixé en place, l'équipe a découvert qu'ils pouvaient faire taire la quasi-totalité (94 % pour être exact) du bruit, rendant les sons émanant du haut-parleur imperceptibles à l'oreille humaine.

Maintenant que leur prototype s'est avéré si efficace, les chercheurs ont de grandes idées sur la façon dont leur métamatériau d'insonorisation pourrait fonctionner pour rendre le monde réel plus silencieux.

"Les drones sont un sujet très brûlant, " dit Zhang. Des entreprises comme Amazon sont intéressées par l'utilisation de drones pour livrer des marchandises, elle dit, et "les gens se plaignent du bruit potentiel".

"Le coupable est le mouvement ascendant du ventilateur, " dit Ghaffarivardavagh. " Si nous pouvons mettre des structures ouvertes insonorisantes sous les ventilateurs de drones, nous pouvons annuler le son rayonnant vers le sol."

Plus près de la maison ou du bureau, les ventilateurs et les systèmes CVC pourraient bénéficier de métamatériaux acoustiques qui les rendent silencieux tout en permettant à l'air chaud ou froid de circuler sans encombre dans un bâtiment.

Ghaffarivardavagh et Zhang soulignent également l'inesthétique des murs antibruit utilisés aujourd'hui pour réduire la pollution sonore due à la circulation et voient la possibilité d'une mise à niveau esthétique. "Notre structure est super légère, ouvert, et belle. Chaque pièce peut être utilisée comme une tuile ou une brique pour agrandir et construire une annulation de son, mur perméable, " ils disent.

La forme des métamatériaux insonorisants, selon leur méthode, est également entièrement personnalisable, dit Ghaffarivardavagh. La partie extérieure n'a pas besoin d'être en forme d'anneau rond pour fonctionner.

"Nous pouvons concevoir la forme extérieure comme un cube ou un hexagone, rien? Vraiment, " dit-il. " Quand on veut créer un mur, nous allons passer à une forme hexagonale" qui peut s'emboîter comme une structure en nid d'abeille à ciel ouvert.

De tels murs pourraient aider à contenir de nombreux types de bruits. Même ceux des vibrations intenses d'un appareil d'IRM, dit Zhang.

Selon Stéphane Anderson, professeur de radiologie à la BU School of Medicine et co-auteur de l'étude, le métamatériau acoustique pourrait potentiellement être mis à l'échelle "pour s'adapter à l'intérieur de l'alésage central d'un appareil d'IRM, " protégeant les patients du son pendant le processus d'imagerie.

Zhang dit que les possibilités sont infinies, puisque la méthode d'atténuation du bruit peut être personnalisée pour s'adapter à presque n'importe quel environnement :"L'idée est que nous pouvons maintenant concevoir mathématiquement un objet qui peut bloquer les sons de n'importe quoi, " elle dit.