Nouveau Matériau: Des Chercheurs Du MIT Développent Un Tissu De Soie Qui Utilise Les Vibrations Pour Supprimer Le Son

Des chercheurs du MIT ont mis au point un tissu de soie d'une épaisseur un peu plus épaisse que la soie de cheveux humains, qui supprime les bruits indésirables et réduit la propagation du bruit dans les grandes pièces.Crédit photo: mit News;Istock

Nous vivons dans un monde de bruit constant.Du bourdonnement d'une voiture à l'extérieur, au bruit de la télévision bruyante des voisins, au bruit lancinant dans le compartiment de nos collègues, le bruit sans fin a toujours été un défi pour nous.

Pour résoudre ce problème, des équipes de recherche interdisciplinaires du MIT et d'autres institutions ont développé un tissu de soie innovant conçu pour supprimer le son et créer des espaces plus calmes.

Ce tissu est fin comme un fil de cheveux et a une fibre spéciale qui crée des vibrations lorsqu'une tension est appliquée.Les chercheurs ont utilisé ces vibrations pour inhiber le son de deux manières différentes.

La première méthode consiste à utiliser le tissu pour générer des ondes sonores qui interfèrent et éliminent les bruits indésirables, tout comme les écouteurs à réduction de bruit.Cependant, cette technique, bien que efficace à petite échelle, est moins pratique dans les grands espaces tels que les chambres ou les avions.

La deuxième technique, plus surprenante, consiste à laisser le tissu immobile, bloquant ainsi les vibrations véhiculées par le son.En bloquant la propagation du son, ce tissu peut réduire considérablement le bruit dans de plus grandes zones et est donc idéal pour une utilisation dans des espaces tels que des pièces ou des véhicules.

Le tissu peut inhiber le son en générant des ondes sonores qui perturbent les bruits indésirables et les éliminent (comme illustré sur la figure c) ou supprimer les vibrations en restant immobile, ce qui est essentiel à la propagation du son (comme illustré sur la figure d).Montré).Crédit photo: gracieuseté des chercheurs

En utilisant des matériaux courants tels que la soie, la Toile et le tulle, les chercheurs ont créé des tissus anti - bruit qui peuvent être appliqués dans des espaces réels.Par exemple, on peut utiliser ce tissu pour créer des cloisons pour des espaces de travail ouverts ou de minces murs en tissu qui empêchent la pénétration du son.

« le bruit est plus facile à faire que le silence. En fait, pour isoler le bruit, nous consacrons beaucoup d'espace à la construction de murs épais.Yoel Fink, professeur au Département de science des matériaux et de génie, au Département de génie électronique et d’informatique, chercheur principal au laboratoire de recherche en électronique et auteur principal d’un article sur les tissusFink) dit: « [le premier auteur] les recherches de Grace fournissent un nouveau mécanisme pour créer des espaces calmes avec des tissus minces. »

Le premier auteur de l'étude était grace (Noel) Yang, Ph.D., niveau 21 SM, niveau 24.Les co - auteurs incluent taigyu, étudiant diplômé du MITJoo, hyunhee Lee, Henry Cheung et Yongyi Zhao;Zachary, professeur Robert Noyes de développement de carrière en génie chimique, mitSmith;Guanchun Rui, étudiant diplômé et Lei Zhu, professeur, Case Western Reserve University;Jinuan Lin, étudiant diplômé, et Chu, professeur adjoint, Université du Wisconsin - MadisonMa; et Latika balachander, étudiante diplômée de la Rhode Island School of design.Un article en libre accès sur cette recherche a été publié dans Advanced Materials.

Cette soie de suppression sonore a été développée sur la base de la fabrication antérieure du Groupe de microphones en tissu.

Dans cette étude, ils ont cousu un seul brin de fibres piézoélectriques dans le tissu.Les matériaux piézoélectriques génèrent des signaux électriques lorsqu'ils sont soumis à une extrusion ou à une flexion.Lorsque le bruit à proximité provoque des vibrations dans le tissu, les fibres piézoélectriques convertissent ces vibrations en signaux électriques qui capturent le son.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont renversé l'idée en créant un Haut - parleur en tissu qui pourrait être utilisé pour contrer les ondes sonores.

« bien que nous puissions utiliser des tissus pour créer du son, il y a déjà trop de bruit dans notre monde. Nous pensons que créer du silence peut être plus précieux », a déclaré Young.

L'application d'un signal électrique aux fibres piézoélectriques les fait vibrer, ce qui crée un son.Les chercheurs l'ont prouvé en jouant air de Bach à l'aide de flocons de soie de 130 microns de long montés sur un cadre circulaire.

Pour obtenir une suppression directe du son, les chercheurs ont utilisé des Haut - parleurs en tissu de soie pour émettre des ondes sonores perturbant les ondes sonores indésirables.Ils contrôlent les vibrations des fibres piézoélectriques de sorte que les ondes sonores émises par le tissu s'opposent aux ondes sonores indésirables qui frappent le tissu, annulant ainsi le bruit.Cependant, cette technique ne peut être efficace que sur une petite échelle.Les chercheurs se sont donc appuyés sur cette idée pour développer une technique qui utilise les vibrations du tissu pour inhiber le son à l’intérieur d’une plus grande plage, comme dans une chambre à coucher.

Supposons que votre voisin d'à côté joue au baby - foot au milieu de la nuit.Vous entendrez du bruit dans la chambre à coucher, car les sons dans leur appartement provoquent des vibrations dans les murs que vous partagez, créant ainsi des ondes sonores de votre côté.Pour supprimer ce son, les chercheurs peuvent placer le tissu de soie de votre côté du mur commun, contrôlant les vibrations des fibres et forçant le tissu à rester immobile.Cet effet inhibiteur, médié par les vibrations, empêche la propagation du son à travers le tissu.

Yang a déclaré: « si nous pouvons contrôler ces vibrations et les empêcher de se produire, nous pouvons arrêter la production de bruit. »

Étonnamment, les chercheurs ont découvert que le fait de garder le tissu immobile permet au son d'être réfléchi par le tissu, ce qui permet à un morceau de soie mince de refléter le son comme un miroir réfléchit la lumière.Leurs expériences ont également révélé que les propriétés mécaniques du tissu et la taille des pores affectent l'efficacité vocale.Alors que la soie et le tulle ont des caractéristiques mécaniques similaires, la Soie a des pores plus petits et est donc un meilleur Haut - parleur en tissu.Mais la taille effective des pores dépend également de la fréquence des ondes sonores.Même les tissus avec des pores relativement grands peuvent fonctionner efficacement si la fréquence est suffisamment basse, a déclaré Yang.

En testant le mode d'inhibition directe du tissu de soie, les chercheurs ont constaté qu'il réduisait considérablement le volume du son jusqu'à 65 décibels (à peu près le même que le son d'un humain parlant passionnément).En mode d'inhibition par vibration, le tissu de soie réduit la propagation du son jusqu'à 75%.

Fink a déclaré que ces résultats ont été obtenus grâce à un groupe de collaborateurs puissants.Les étudiants diplômés de la Rhode Island School of Design ont aidé les chercheurs à comprendre les détails de la construction du tissu;Des scientifiques de l'Université du Wisconsin - Madison ont effectué des simulations;Les matériaux ont été caractérisés par des chercheurs de l'Université Case Western Reserve;Les ingénieurs chimistes du Groupe Smith du MIT ont utilisé leur expertise dans la séparation des membranes de gaz pour mesurer le flux d'air à travers le tissu.

En regardant vers l'avenir, les chercheurs espèrent explorer comment leurs tissus peuvent être utilisés pour bloquer les sons à plusieurs fréquences.Cela peut nécessiter un traitement complexe du signal et une électronique supplémentaire.En outre, ils voulaient étudier davantage la structure du tissu et comprendre comment des facteurs tels que la modification du nombre de fibres piézoélectriques, la direction de couture ou la tension appliquée peuvent améliorer les performances.

« Nous pouvons tourner beaucoup de boutons pour rendre ce tissu silencieux vraiment efficace. Nous voulons amener les gens à réfléchir à la façon de contrôler les vibrations structurelles pour supprimer le son. Ce n’est que le début », a déclaré Yang.