Att hantera trafikbuller har irriterat forskare till stor del på grund av det breda utbudet av frekvenser vi möter på vägen. För närvarande, bara tungt, väggliknande barriärer kan effektivt dämpa alla dessa olika ljud.

Forskare vid University of Michigan i Ann Arbor har tagit med en ny metod i fållan, demonstrerar en origamigitterprototyp som potentiellt kan minska akustiskt brus på vägar. Tekniken gör det möjligt för forskare att selektivt dämpa buller vid olika frekvenser genom att justera avståndet mellan brusspridande element. De rapporterar sitt arbete denna vecka i Journal of Applied Physics .

"Vårt huvudsakliga bidrag som vi utvecklar är en adaptiv struktur som kan ändra dess periodicitet mellan olika Bravais-gitter med distinkta symmetriegenskaper, " sa Kon-Well Wang, en av studiens författare. "Det är känt att om du omkonfigurerar gallerstrukturen på ett sådant sätt, du kommer att ändra vågutbredningsegenskaperna avsevärt."

I origami ljudbarriärer, bullerspridande cylindrar som kallas inneslutningar placeras på en aluminiumplåt böjd till en Miura-veck, en vanlig origami-vikningsmetod. När det resulterande gallret viker sig, inneslutningarna dras närmare varandra eller längre ifrån varandra, sprider brus i olika frekvensområden.

"Gallret innehåller bara en frihetsgrad, vilket gör det särskilt lätt att kollapsa och expandera, " sa Manoj Thota, en annan författare till tidningen.

Att manipulera ett gitter av inneslutningar kan tillåta trafikexperter att anpassa bullerdämpande enheter till särskilda frekvensområden. Tyngre fordon avger buller vid lägre frekvenser än lättare fordon. Bilar som färdas snabbt under lågtrafik vänder sig mot högre frekvenser än bilar som fastnat i trafikstockningar.

Betongväggar som kantar vägbanan är effektiva över ett brett spektrum av bullerfrekvenser, men vinden som de blockerar kan lägga oönskad kraft på deras fundament. Eftersom de har plana ytor, Thota sa, den reflekterade vågen är inte tillräckligt diffus för att minska ljudet på vägen. Med en rak överkant, förekomsten av sneda vågor på dessa barriärer leder till högre diffraktion och ökar utbredningen över barriären.

Forskarnas arbete bygger på periodiska ljudbarriärer, där en serie inneslutningar dämpar ljud vid vissa frekvenser samtidigt som vinden kan passera igenom. Nackdelen, Thota sa, är att dessa system är fasta konstruktioner. Om ett system är utformat för att lindra buller från trafikstockningar, det är inte lika användbart när bilar rör sig snabbt.

När fler förare tar sig ut på vägen, det har funnits en växande oro för hur buller påverkar blodtrycket, hörselnedsättning, och uppmärksamhet på jobbet och skolan. I en prototyp, Thota och Wang fann att deras barriär minskade det akustiska trycket med 10 decibel, eller 90 procent.

"Trafikbullret som annars kunde höras så långt som en mil bort skulle nu bara uppfattas på ett avstånd av 0,3 mil med dessa barriärer, sa Thota.

Fördelarna med origamistrukturer kan sträcka sig utöver minskning av trafikbuller, Wang sa, med hänvisning till dess potential för våglednings- och akustiska dioder.

"Övergripande, origamistruktur ger oss en effektiv plattform för att anpassa oss till miljöförändringar, " han sa.