Az MIT kutatói olyan selyemszövetet fejlesztettek ki májusban, amely alig vastagabb, mint egy emberi haj és a zaj áteresztésének csökkentésére szolgál.

Egyre zajosabb világban élünk és a nem kívánt, sokszor ártalmas zaj egyre súlyosabb problémát okoz a mindennapokban. De az MIT kutatóinak interdiszciplináris együttműködése során idén megszületett a hangtompító selyem.

A hangtompító selyem az emberi hajszálnál alig vastagabb anyag és egy speciális szálat tartalmaz, amely rezeg, amikor feszültséget kapcsolnak rá. Mivel minden anyag azonos hőmérsékleten áramlik, szerkezetük megtartása mellett szálba lehet őket húzni (MassLive szálak). A kutatók ezeket a rezgéseket kétféle módon használták fel a hang elnyomására. Az egyikben a vibráló szövet olyan hanghullámokat generál, amelyek zavarják a nem kívánt zajt, hogy kiküszöböljék azt, hasonlóan a zajszűrős fejhallgatókhoz. Ezekkel csak az a baj, hogy jól működnek kis helyen, például a fülben, de nem működnek nagy burkolatok esetén, például szobákban vagy repülőgépeken. A másik, meglepőbb módszer esetében a szövetet mozdulatlanul tartják, hogy elnyomja a rezgéseket, amelyek kulcsfontosságúak a hangátvitelben. Ez megakadályozza, hogy a zaj átterjedjen az anyagon, és lecsillapítja a hangerőt. Ez a második megközelítés lehetővé teszi a zajcsökkentést sokkal nagyobb terekben, például szobákban vagy autókban.

„A zajt sokkal könnyebb létrehozni, mint a csendet. Valójában a zaj elkerülése érdekében sok helyet szentelünk a vastag falaknak. Grace Yang munkája új mechanizmust kínál csendes terek létrehozására egy vékony szövetlappal” – mondja Yoel Fink, az MIT Anyagtudományi és Mérnöki, valamint az Elektrotechnikai és Számítástechnikai Tanszék professzora, az Elektronikai Kutatólaboratórium vezető kutatója.

A hangtompító selyem a kutatócsoport szövetmikrofonok létrehozására irányuló korábbi munkájára épül.

Ebben a kutatásban egyetlen piezoelektromos szálat varrtak a szövetbe. A piezoelektromos anyagok összenyomáskor vagy hajlításkor elektromos jelet bocsátanak ki. Amikor egy közeli zaj rezgésbe hozza a szövetet, a piezoelektromos szál ezeket a rezgéseket elektromos jellé alakítja, amely képes rögzíteni a hangot. Az új kutatásban a tudósok megfordították ezt az ötletet, hogy létrehozzanak egy szövet hangszórót, amely használható a hanghullámok kioltására. Ha elektromos jelet adunk a piezoelektromos szálra, az rezegni kezd, ami hangot generál. A kutatók ezt úgy mutatták be, hogy eljátszották Bach „Levegőjét” egy 130 mikrométeres, kör alakú keretre erősített selyemlappal.

A közvetlen hangelnyomás érdekében a kutatók selyemszövet hangszórót használtak olyan hanghullámok kibocsátására, amelyek „kioltják” a nem kívánt hanghullámokat. Szabályozzák a piezoelektromos szál rezgését, így a szövet által kibocsátott hanghullámok ellentétesek a nem kívánt hanghullámokkal, amik az anyagot érik. Ez a technika azonban csak kis területen hatékony. Tehát a kutatók ezt az ötletet vették alapul, hogy kidolgozzanak egy olyan technikát, amely a szövet vibrációit használja a hang elnyomására sokkal nagyobb területen, például egy hálószobában.

Tegyük fel, hogy a szomszédok csocsóznak az éjszaka közepén! Zajt hall a hálószobájában, mert a lakásuk hangja rezgésbe hozza a közös falat, ami hanghullámokat képez az Ön oldalán. Ennek a hangnak az elnyomására a kutatók a selyemszövetet a közös falra helyezhetik, szabályozva a rostban lévő vibrációt, hogy az anyag mozdulatlan maradjon. Ez a vibráció által közvetített csillapítás megakadályozza, hogy a hang áthaladjon az anyagon.

„Ha kontrollálni tudjuk ezeket a rezgéseket és meg tudjuk állítani őket, akkor a keletkező zajt is meg tudjuk állítani” – mondta Yang.

Tükör a hanghoz

Meglepő módon a kutatók azt találták, hogy a szövetet mozdulatlanul tartva a hang visszaverődik a szövetről, így a vékony selyemdarab úgy veri vissza a hangot, mint a tükör a fényt. A kísérletek során az is kiderült, hogy a szövet mechanikai tulajdonságai és pórusainak mérete egyaránt befolyásolja a hangkeltés hatékonyságát. Míg a selyem és a muszlin mechanikai tulajdonságai hasonlóak, a selyem kisebb pórusmérete jobb szövethangszóróvá teszi.

A hatékony pórusméret azonban a hanghullámok frekvenciájától is függ. Yang szerint, ha a frekvencia elég alacsony, még egy viszonylag nagy pórusú szövet is hatékonyan működhet. Amikor a selyemszövetet közvetlen elnyomó módban tesztelték, a kutatók azt találták, hogy jelentősen csökkentheti a hangok hangerejét akár 65 decibelig (körülbelül olyan hangos, mint a lelkes emberi beszélgetés). Rezgéscsillapításos üzemmódban a szövet akár 75 százalékkal is csökkenthette a hangátvitelt.

De ez még csak a kezdet. Egyelőre az anyag alkalmazásai nagyrészt elméletiek maradnak. Sok-sok év kell még ahhoz, hogy egy ilyen termék tömegesen megjelenjen a piacon. Ezért, ha zajosnak találja a szomszédot, zajos Önnek a világ vagy netán Ön a zaj forrása, akkor célszerűbb szakembereket hívni. Olyan szakembereket, akik Magyarországon és Európában is innovatív megoldásokat kínálnak a zaj csökkentésére az otthonainkban vagy az ipari területeken.