騒音を抑えるための新技術
騒音が蔓延する現代社会で、MITなどの研究者チームが静かな空間を作り出すための防音シルク生地を開発しました。この研究に関する論文は、オープンアクセスでAdvanced Materialsに掲載されています。
特殊なファイバーを使用した防音生地
この生地は人間の髪の毛よりわずかに厚いだけで、電圧を加えると振動する特殊なファイバーを含んでいます。研究者たちはこれらの振動を利用して、2つの異なる方法で音を抑制しました。
ノイズキャンセル方式:
振動する生地が不要な音に干渉する音波を生成し、それを打ち消します。これは、耳のような小さな空間でうまく機能するノイズキャンセリングヘッドホンと似ていますが、部屋や飛行機のような大きな空間では効果がありません。
振動抑制方式:
生地を静止させることで、音の伝達に重要な振動を抑制します。これにより、音が生地を通して伝わるのを防ぎ、広い空間でも音量を低減します。この第二の方法は、部屋や車のような大きな空間でのノイズリダクションを可能にします。
実用性と応用
シルク、キャンバス、モスリンなどの一般的な材料を使用して、研究者たちは実世界で実用的な防音生地を作り上げました。例えば、オープンワークスペースの仕切りや、音が通らない薄いファブリック壁などに使用できます。
研究の意義
「騒音を作るのは簡単ですが、静けさを保つのは非常に難しいです。実際、騒音を防ぐために厚い壁に多くのスペースを割いています。Graceの研究は、薄い布一枚で静かな空間を作り出す新しいメカニズムを提供しています」と、材料科学と工学、電気工学とコンピューター科学の教授であり、電子研究所の主任研究員であるYoel Fink氏は述べています。
研究チーム
この研究の主著者はGrace（Noel）Yang氏であり、MITの大学院生であるTaigyu Joo氏、Hyunhee Lee氏、Henry Cheung氏、Yongyi Zhao氏らが共同著者として参加しています。
シルクの静寂
音を抑制するシルクは、以前の研究で開発されたファブリックマイクロフォンの技術を基にしています。
以前の研究
この研究では、ピエゾ電気ファイバーを1本だけ布に縫い付けました。ピエゾ電気材料は、圧力や曲げによって電気信号を生成します。近くの音が布を振動させると、ピエゾ電気ファイバーがその振動を電気信号に変換し、音をキャプチャできます。
新しいアプローチ
新しい研究では、このアイデアを逆転させて音波を打ち消すためのファブリックスピーカーを作成しました。
「布を使って音を作ることができる一方で、私たちの世界にはすでに多くの騒音があります。静けさを作り出す方がより価値があるのではないかと考えました」とYang氏は述べています。
電気信号をピエゾ電気ファイバーに適用すると、それが振動して音を生成します。研究者たちは、直径130マイクロメートルのシルクシートを円形のフレームに取り付け、バッハの「エア」を演奏することでこれを実証しました。
直接的な音抑制の実現
研究者たちは、シルクファブリックスピーカーを使用して不要な音波と相殺する音波を発生させることで、直接的な音抑制を実現しました。ピエゾ電気ファイバーの振動を制御し、布から発せられる音波が不要な音波と逆位相になるようにします。これにより、騒音を打ち消すことができます。
しかし、この技術は小さなエリアでしか効果を発揮しません。そのため、研究者たちはこのアイデアを発展させ、布の振動を利用して、寝室のような広いエリアで音を抑制する技術を開発しました。
大規模な音抑制の応用例
例えば、隣人が真夜中にフーズボールをしていて、その音があなたの寝室に響いているとします。隣の部屋の音が共用壁を振動させ、あなたの側で音波を形成するからです。
この音を抑制するために、研究者たちはシルクの布を共用壁のあなたの側に貼り付け、ファイバーの振動を制御して布を静止させます。この振動を介した抑制により、音が布を通して伝わるのを防ぎます。
「これらの振動を制御し、それを抑えることができれば、生成される騒音も抑えることができます」とYang氏は述べています。
さらなる情報
以下の文献に詳細が記載されています：
Grace H. Yang らによる論文「Single Layer Silk and Cotton Woven Fabrics for Acoustic Emission and Active Sound Suppression」が、Advanced Materials (2024)に掲載されています。DOI: 10.1002/adma.202313328
ジャーナル情報
ジャーナル名: Advanced Materials
提供元
提供元: マサチューセッツ工科大学（MIT）
このストーリーは、MITの研究、革新、教育に関するニュースをカバーする人気サイト、MIT Newsの提供による転載です。
リンク先はTech Xploreというサイトの記事になります。（原文：英語）