Boston University forskare, Xin Zhang, professor vid tekniska högskolan, och Reza Ghaffarivardavagh, en doktorsexamen student vid institutionen för maskinteknik, släppte ett papper i Fysisk granskning B visar att det är möjligt att tysta buller med en öppen, ringliknande struktur, skapad för matematiskt perfekta specifikationer, för att stänga av ljud samtidigt som luftflödet bibehålls.

"Dagens ljudbarriärer är bokstavligen tjocka tunga väggar, "säger Ghaffarivardavagh. Även om bullerdämpande barrikader, kallas ljudbafflar, kan hjälpa till att dränka rusken i rusningstrafiken eller innehålla musikens symfoni inom konserthusets väggar, de är ett klumpigt tillvägagångssätt som inte passar bra i situationer där luftflöde också är avgörande. Tänk dig att spärra en jetmotors avgasventil - planet skulle aldrig lämna marken. Istället, arbetare på asfalten bär öronproppar för att skydda hörseln mot det öronbedövande vrålet.

Ghaffarivardavagh och Zhang låter matematik-en gemensam passion som har väckt båda deras ingenjörskarriärer och gjort dem väl lämpade forskningspartners-vägleda dem mot en användbar design för hur det akustiska metamaterialet skulle se ut.

De beräknade de dimensioner och specifikationer som metamaterialet skulle behöva ha för att störa de överförda ljudvågorna, förhindra att ljud - men inte luft - strålar genom den öppna strukturen. Den grundläggande förutsättningen är att metamaterialet måste formas på ett sådant sätt att det skickar inkommande ljud tillbaka dit de kom ifrån, de säger.

Som ett testfall, de bestämde sig för att skapa en struktur som kunde tysta ljud från en högtalare. Baserat på deras beräkningar, de modellerade de fysiska dimensioner som mest effektivt skulle tysta ljud. Att väcka dessa modeller till liv, de använde 3D-utskrift för att förverkliga en öppen, bullerdämpande struktur av plast.

Försöker i labbet, forskarna förseglade högtalaren i ena änden av ett PVC -rör. I andra änden, det skräddarsydda akustiska metamaterialet fästes i öppningen. Med ett tryck på uppspelningsknappen, den experimentella högtalaruppsättningen kom oj så tyst till liv i labbet. Stående i rummet, baserat på din hörsel ensam, du skulle aldrig veta att högtalaren sprängde en irriterande hög ton. Om, dock, du tittade in i PVC -röret, du skulle se högtalarens subwoofers trumma iväg.

Metamaterialet, ringer runt den inre omkretsen av rörets mun, arbetade som en tyst knapp inkarnerade tills det ögonblick då Ghaffarivardavagh sträckte sig ner och drog loss den. Labbet ekade plötsligt av skrikande av högtalarens melodi.

"Det ögonblick som vi först placerade och tog bort ljuddämparen ... var bokstavligen natt och dag, "säger Jacob Nikolajczyk, som förutom att vara medförfattare och tidigare forskare i Zhangs lab är en passionerad sångartist. "Vi hade sett den här typen av resultat i vår datormodellering i månader - men det är en sak att se modellerade ljudtrycksnivåer på en dator, och en annan för att höra dess inverkan själv. "

Genom att jämföra ljudnivåer med och utan att metamaterialet sitter fast, laget fann att de kunde tysta nästan alla - 94 procent för att vara exakt - av bullret, gör ljuden från högtalaren omärkliga för det mänskliga örat.

Nu när deras prototyp har visat sig vara så effektiv, forskarna har några stora idéer om hur deras akustiskt tysta metamaterial kan fungera för att göra den verkliga världen tystare.

"Drönare är ett mycket hett ämne, "Säger Zhang. Företag som Amazon är intresserade av att använda drönare för att leverera varor, hon säger, och "folk klagar över det potentiella bullret."

"Den skyldige är den uppåtgående fläktrörelsen, "Säger Ghaffarivardavagh." Om vi ​​kan lägga ljudljuddämpande öppna strukturer under drönarfläktarna, vi kan avbryta ljudet som strålar mot marken. "

Närmare hemmet - eller kontoret - fläktar och HVAC -system kan dra nytta av akustiska metamaterial som gör dem tysta men ändå möjliggör att varm eller kall luft kan cirkuleras utan hämningar i en byggnad.

Ghaffarivardavagh och Zhang pekar också på det osynliga i de ljudbarriärer som används idag för att minska buller från trafiken och se utrymme för en estetisk uppgradering. "Vår struktur är superlätt, öppen, och vacker. Varje bit kan användas som kakel eller tegel för att skala upp och bygga en ljudreducerande, permeabel vägg, " de säger.

Formen på akustiskt ljuddämpande metamaterial, baserat på deras metod, är också helt anpassningsbar, Säger Ghaffarivardavagh. Ytterdelen behöver inte ha en rund ringform för att fungera.

"Vi kan utforma den yttre formen som en kub eller sexkant, vad som helst egentligen, "säger han." När vi vill skapa en vägg, vi kommer att gå till en sexkantig form "som kan passa ihop som en utomhuskonstruktion.

Sådana väggar kan hjälpa till att innehålla många typer av ljud. Även de från de intensiva vibrationerna i en MR -maskin, Säger Zhang.

Enligt Stephan Anderson, professor i radiologi vid BU School of Medicine och medförfattare till studien, det akustiska metamaterialet kan eventuellt skalas "så att det passar inuti det centrala hålet på en MR -maskin, "skydda patienter från ljudet under bildprocessen.

Zhang säger att möjligheterna är oändliga, eftersom brusreduceringsmetoden kan anpassas för att passa nästan alla miljöer:"Tanken är att vi nu matematiskt kan designa ett objekt som kan blockera ljud från vad som helst, " hon säger.