Masa Depan Keheningan Ada Di Sini: Sutra Peredam Kebisingan MIT

Practical Applications and Expert Insights

By using common materials like silk, canvas, and muslin, the researchers created noise-suppressing fabrics that would be practical to implement in real-world spaces. For instance, one could use such a fabric to make dividers in open workspaces or thin fabric walls that prevent sound from getting through.

“Noise is a lot easier to create than quiet. In fact, to keep noise out we dedicate a lot of space to thick walls. [First author] Karya Grace memberikan mekanisme baru untuk menciptakan ruang yang tenang dengan selembar kain tipis,” kata Yoel Fink, seorang profesor di departemen Ilmu dan Teknik Material dan Teknik Elektro dan Ilmu Komputer, peneliti utama Laboratorium Penelitian Elektronika, dan penulis senior. dari kertas di atas kain.

Penulis utama studi ini adalah Grace (Noel) Yang SM '21, PhD '24. Rekan penulis termasuk mahasiswa pascasarjana MIT Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Henry Cheung, dan Yongyi Zhao; Zachary Smith, Profesor Pengembangan Karir Teknik Kimia Robert N. Noyce di MIT; mahasiswa pascasarjana Guanchun Rui dan profesor Lei Zhu dari Case Western University; mahasiswa pascasarjana Jinuan Lin dan Asisten Profesor Chu Ma dari Universitas Wisconsin di Madison; dan Latika Balachander, seorang mahasiswa pascasarjana di Rhode Island School of Design. Makalah akses terbuka tentang penelitian ini diterbitkan di Materi Lanjutan.

Keheningan Halus

Bahan sutra peredam suara ini merupakan hasil kerja kelompok sebelumnya dalam membuat mikrofon kain.

Dalam penelitian tersebut, mereka menjahit sehelai serat piezoelektrik ke dalam kain. Bahan piezoelektrik menghasilkan sinyal listrik ketika diremas atau dibengkokkan. Ketika kebisingan di sekitar menyebabkan kain bergetar, serat piezoelektrik mengubah getaran tersebut menjadi sinyal listrik, yang dapat menangkap suara tersebut.

Dalam karya barunya, para peneliti membalikkan ide tersebut untuk membuat pengeras suara berbahan kain yang dapat digunakan untuk meredam gelombang suara.

“Meskipun kita dapat menggunakan kain untuk menghasilkan suara, sudah terdapat begitu banyak kebisingan di dunia kita. Kami pikir menciptakan keheningan bisa menjadi hal yang lebih berharga,” kata Yang.

Ilmu Peredam Suara

Menerapkan sinyal listrik ke serat piezoelektrik menyebabkannya bergetar, yang menghasilkan suara. Para peneliti mendemonstrasikannya dengan memainkan “Air” karya Bach menggunakan selembar sutra berukuran 130 mikrometer yang dipasang pada bingkai melingkar.

Untuk mengaktifkan peredam suara langsung, para peneliti menggunakan pengeras suara berbahan sutra untuk memancarkan gelombang suara yang secara destruktif mengganggu gelombang suara yang tidak diinginkan. Mereka mengontrol getaran serat piezoelektrik sehingga gelombang suara yang dipancarkan oleh kain berlawanan dengan gelombang suara yang tidak diinginkan yang mengenai kain, sehingga dapat menghilangkan kebisingan.

Namun, teknik ini hanya efektif pada area kecil. Jadi, para peneliti membangun ide ini untuk mengembangkan teknik yang menggunakan getaran kain untuk menekan suara di area yang lebih luas, seperti kamar tidur.

Pengendalian Kebisingan dalam Praktek

Katakanlah tetangga sebelah Anda sedang bermain sepak bola di tengah malam. Anda mendengar kebisingan di kamar tidur Anda karena suara di apartemen mereka menyebabkan dinding bersama Anda bergetar, yang membentuk gelombang suara di sisi Anda.

Untuk meredam suara tersebut, para peneliti dapat menempatkan kain sutra di sisi dinding bersama Anda, mengendalikan getaran pada serat untuk memaksa kain tetap diam. Penekanan yang dimediasi getaran ini mencegah suara ditransmisikan melalui kain.

“Jika kita bisa mengendalikan getaran tersebut dan menghentikannya agar tidak terjadi, kita juga bisa menghentikan kebisingan yang dihasilkan,” kata Yang.

Cermin untuk Suara

Yang mengejutkan, para peneliti menemukan bahwa menahan kain tetap menyebabkan suara dipantulkan oleh kain, menghasilkan sepotong sutra tipis yang memantulkan suara seperti cermin yang memantulkan cahaya.

Eksperimen mereka juga mengungkapkan bahwa sifat mekanik kain dan ukuran pori-pori mempengaruhi efisiensi pembangkitan suara. Meskipun sutra dan kain muslin memiliki sifat mekanik yang serupa, ukuran pori sutra yang lebih kecil menjadikannya sebagai pengeras suara kain yang lebih baik.

Namun ukuran pori efektif juga bergantung pada frekuensi gelombang suara. Jika frekuensinya cukup rendah, bahkan kain dengan pori-pori yang relatif besar pun dapat berfungsi secara efektif, kata Yang.

Ketika mereka menguji kain sutra dalam mode penekanan langsung, para peneliti menemukan bahwa kain tersebut dapat secara signifikan mengurangi volume suara hingga 65 desibel (sekeras percakapan manusia yang antusias). Dalam mode peredam getaran, kain dapat mengurangi transmisi suara hingga 75 persen.

Arah Masa Depan dan Kemajuan Teknologi

Hasil ini hanya mungkin dicapai berkat sekelompok kolaborator yang kuat, kata Fink. Mahasiswa pascasarjana di Rhode Island School of Design membantu para peneliti memahami detail pembuatan kain; ilmuwan di Universitas Wisconsin di Madison melakukan simulasi; peneliti di Case Western Reserve University mengkarakterisasi bahan; dan insinyur kimia di Smith Group di MIT menggunakan keahlian mereka dalam pemisahan membran gas untuk mengukur aliran udara melalui kain.

Ke depan, para peneliti ingin mengeksplorasi penggunaan kain mereka untuk memblokir suara dari berbagai frekuensi. Hal ini mungkin memerlukan pemrosesan sinyal yang rumit dan perangkat elektronik tambahan.

Selain itu, mereka ingin mempelajari lebih lanjut arsitektur kain untuk melihat bagaimana perubahan seperti jumlah serat piezoelektrik, arah jahitannya, atau tegangan yang diberikan dapat meningkatkan kinerja.

“Ada banyak tombol yang bisa kita putar untuk membuat kain peredam suara ini benar-benar efektif. Kami ingin membuat orang berpikir tentang cara mengendalikan getaran struktural untuk meredam suara. Ini baru permulaan,” kata Yang.

Referensi: “Kain Tenun Sutra dan Katun Satu Lapis untuk Emisi Akustik dan Peredam Suara Aktif” oleh Grace H. Yang, Jinuan Lin, Henry Cheung, Guanchun Rui, Yongyi Zhao, Latika Balachander, Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Zachary P. Smith, Lei Zhu, Chu Ma dan Yoel Fink, 1 April 2024, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202313328

Pekerjaan ini sebagian didanai oleh National Science Foundation (NSF), Army Research Office (ARO), Defense Threat Reduction Agency (DTRA), dan Wisconsin Alumni Research Foundation.