I ricercatori del MIT hanno sviluppato un tessuto in seta insonorizzante, poco più spesso di un capello umano, in grado di sopprimere i rumori indesiderati e ridurre la transazione del suono anche in un grande ambiente.
Seta insonorizzante per un mondo più silenzioso
Viviamo in un mondo molto rumoroso. Dal ronzio del traffico fuori dalla finestra alla TV a tutto volume del vicino di casa fino ai suoni provenienti dalla cabina di un collega, il rumore indesiderato rimane un problema dusturbante.
Per eliminare il frastuono, una collaborazione interdisciplinare di ricercatori del MIT e di altri paesi ha sviluppato un tessuto di seta insonorizzante che potrebbe essere utilizzato per creare spazi silenziosi.
Il tessuto, appena più spesso di un capello umano, contiene una fibra speciale che vibra quando viene applicata una tensione. I ricercatori hanno sfruttato queste vibrazioni per sopprimere il suono in due modi diversi.
Come funziona la seta insonorizzante
In uno, il tessuto vibrante genera onde sonore che interferiscono con un rumore indesiderato per cancellarlo, in modo simile alle cuffie con cancellazione del rumore, che funzionano bene in uno spazio piccolo come le orecchie ma non funzionano in spazi ampi come stanze o aerei.
Nell’altra tecnica, più sorprendente, la seta insonorizzante viene tenuta ferms per sopprimere le vibrazioni che sono fondamentali per la trasmissione del suono. Questo impedisce la trasmissione del rumore attraverso il tessuto e riduce il volume. Questo secondo approccio consente la riduzione del rumore in spazi molto più ampi come stanze o automobili.
Utilizzando materiali comuni come seta, tela e mussola, i ricercatori hanno creato tessuti in grado di sopprimere il rumore che sarebbero pratici da implementare negli spazi del mondo reale. Ad esempio, si potrebbe utilizzare un tessuto di questo tipo per creare divisori in spazi di lavoro aperti o pareti sottili di tessuto che impediscano il passaggio del suono.
“Il rumore è molto più facile da creare che il silenzio. Per isolare i rumori, infatti, dedichiamo molto spazio a muri spessi. Il lavoro di Grace fornisce un nuovo meccanismo per creare spazi silenziosi con un sottile foglio di tessuto“, afferma Yoel Fink, Professore nei dipartimenti di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Elettrica e Informatica, ricercatore principale del Laboratorio di Ricerca di Elettronica e autore senior di un articolo sul tessuto.
L’autrice principale dello studio è Grace Noel Yang. I coautori includono gli studenti laureati del MIT Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Henry Cheung e Yongyi Zhao; Zachary Smith, professore di ingegneria chimica Robert N. Noyce per lo sviluppo della carriera al MIT; lo studente laureato Guanchun Rui e il professore Lei Zhu della Case Western University; lo studente laureato Jinuan Lin e il professore assistente Chu Ma dell’Università del Wisconsin a Madison; e Latika Balachander, una studentessa laureata presso la Rhode Island School of Design.
Un documento ad accesso libero sulla ricerca è stato pubblicato su Advanced Materials.
La seta insonorizzante si basa sul lavoro precedente del gruppo per creare microfoni in tessuto. In quella ricerca, hanno cucito un singolo filo di fibra piezoelettrica nel tessuto. I materiali piezoelettrici producono un segnale elettrico quando vengono schiacciati o piegati. Quando un rumore nelle vicinanze fa vibrare il tessuto, la fibra piezoelettrica converte quelle vibrazioni in un segnale elettrico, in grado di catturare il suono.
Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno ribaltato l’idea per creare un altoparlante in tessuto che possa essere utilizzato per cancellare le onde sonore: “Anche se possiamo usare il tessuto per creare suoni, c’è già così tanto rumore nel nostro mondo. Abbiamo pensato che creare il silenzio potesse essere ancora più prezioso”, ha spiegato Yang.
L’applicazione di un segnale elettrico alla seta insonorizzante la fa vibrare, generando il suono. I ricercatori lo hanno dimostrato suonando un’aria di Bach utilizzando un foglio di seta insonorizzante di 130 micrometri montato su una cornice circolare.
Per consentire la soppressione diretta del suono, i ricercatori hanno utilizzato un altoparlante in tessuto di seta per emettere onde sonore che interferiscono in modo distruttivo con le onde sonore indesiderate e hanno monitorato le vibrazioni della seta insonorizzante in modo che le onde sonore emesse dal tessuto fossero opposte alle onde sonore indesiderate che hanno colpito il tessuto, cancellando il rumore.
Questa tecnica tuttavia è efficace solo su una piccola area. Quindi, i ricercatori hanno realizzato questa idea per sviluppare una tecnica che utilizza le vibrazioni del tessuto per sopprimere il suono in aree molto più grandi, come una camera da letto.
Conclusioni
I ricercatori hanno scoperto che trattenendo la seta insonorizzante si fa sì che il suono venga riflesso dal tessuto, risultando in un sottile pezzo di seta che riflette il suono come uno specchio fa con la luce.
I loro esperimenti hanno anche rivelato che sia le proprietà meccaniche di un tessuto che la dimensione dei suoi pori influiscono sull’efficienza della generazione del suono. Sebbene la seta e la mussola abbiano proprietà meccaniche simili, le dimensioni più piccole dei pori della seta la rendono un altoparlante in tessuto migliore.
La dimensione effettiva dei pori però dipende anche dalla frequenza delle onde sonore. Se la frequenza è sufficientemente bassa, anche un tessuto con pori relativamente grandi potrebbe funzionare in modo efficace, ha spiegato Yang.
Quando hanno testato la seta insonorizzante in modalità di soppressione diretta, i ricercatori hanno scoperto che poteva ridurre significativamente il volume dei suoni fino a 65 decibel (quasi quanto il volume di una conversazione umana entusiasta). Nella modalità di soppressione mediata dalle vibrazioni, il tessuto potrebbe ridurre la trasmissione del suono fino al 75%.
In futuro, i ricercatori vogliono esplorare l’uso della seta insonorizzante per bloccare il suono di più frequenze. Questo richiederebbe probabilmente un’elaborazione complessa del segnale e un’elettronica aggiuntiva.
Inoltre, vogliono studiare ulteriormente l’architettura del tessuto per vedere come cambiare cose come il numero di fibre piezoelettriche, la direzione in cui sono cucite o le tensioni applicate potrebbero migliorare le prestazioni.
“Ci sono molte manopole che possiamo girare per rendere la seta insonorizzante davvero efficace. Vogliamo convincere le persone a pensare al controllo delle vibrazioni strutturali per sopprimere il suono. Questo è solo l’inizio”, ha concluso Yang.
