神奇的新材料能够让噪音单向传播——“沉默是金”

2019-03-28 10:17 静之源官方
沉默是金——但在美国有一个房间,是如此的安静以致于其在很短的时间后就让人难以承受。在位于明尼阿波利斯南部的Orfield实验室的“暗室”里幸存时间最长的人的记录仅有45分钟。它吸收99.99%的声音保持着吉尼斯世界纪录——世界上最安静的地方,但那里呆太久,你可能会开始出现幻觉。它通过3.3英尺厚的玻璃声楔、双倍绝缘钢和英尺厚的混凝土墙壁,实现了超静音。在房间里面待着十分令人混乱,以致于大多数人需要坐下来才行。
 
科学家利用理论量子力学产生新物质;研究人员发现,他们可以创建隔离振动的设备;不是通过物质,而是振动从外围绕过;他们说这些材料也可以像一个镜头一样把声音聚焦起来。
微小的亚原子粒子的行为,使得科学家能够研究出一种新型的超静音、隔音方式。研究人员使用量子物理学理论的公式来构建材料,可以几乎完全隔绝声音和振动。科学家们说,它可以用来帮助减少工业过程中的振动,或制新的能用于测试新产品的新超静音室。
 
 
科学家用量子力学利用钟摆来设计系统(如上图所示),这时候周围被激发而振动,但内部完全平静。他们现在正在研究如何生产微型化新型隔音设备,可以被用来包间或者减少振动
 
不像其他的隔音材料,它也可以被用来操控声音。位于苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)的研究人员介绍,这项技术可用于在一个方向传导声音,或者像镜头一样聚焦声音。它可能造成房间的一部分是安静的,而可以让声音通过其他部分。
 


新的隔声利用量子力学中所谓的“边缘状态”,它属于一种物理状态,将沿材料的边缘流动而材料内部什么也没有发生。引领此次研究的苏黎世联邦理工学院理论物理学家SebastianHuber教授说:“我们的研究结果可能使拓扑声学超材料变为现实,可利用表面声子的稳定性作为可靠的波导。”
这项研究发表在《Science》杂志上,聚焦于被称为拓扑绝缘体的材料量子特性。这些材料的导电能力,取决于它们被拉伸,拉或铸造成的形状。Huber教授和他的同事们使用数学公式,解释了材料中粒子的行为,用于一个更现实的尺寸上设计一个系统。他们使用270个钟摆排列成矩形晶格,彼此通过小弹簧相连。通过摇动两个摆的一端——十分像当声音发生时材料的振动——他们可以看到运动传递到周围材料的外部。
然而,虽然围绕阵列的外侧摆在矩形外围有节奏地振动,而中心的摆却完全静止。研究人员目前正在开发新设备,只有几厘米大小,而且工作时不钟摆。
 

传统的暗室,就像用于F16战隼检测正在使用的暗室,使用的是碳纤维等减震材料,通过反射或透射来阻止发声。它可以帮助创造新类型的“暗室”,使用消音和绝缘材料制造极其安静的空间。这些往往需要在房间里大“蛋盒”式的材料,以捕获和抑制任何的振动。这种新的隔音如果成功的话,可以显著减少包裹一个房间所需材料的数量。
来自苏黎世联邦理工学院的一位力学和材料研究人员,Chiara Dario教授说:“这样的应用非常具有挑战性,但还是现实的。”