۶ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امیر خُلَم-نمای نزدیک از یک متاماده گرادیان فاز استوانه‌ای که در خاموش کردن صدا استفاده می‌شود.دانشگاه بوستون
نوآوری جدیدی از آزمایشگاه ژانگ دانشگاه بوستون می‌تواند نحوه مدیریت صدا در دنیای مدرن را تغییر دهد.
آخرین پیشرفت آنها یک صدا خفه کن صوتی باند پهن را معرفی می‌کند که صدا را مسدود می‌کند و در عین حال جریان هوا را حفظ می‌کند و آن را برای محیط‌های شلوغ و غیرقابل پیش‌بینی مانند دفاتر، کارخانه‌ها یا فرودگاه‌ها ایده‌آل می‌کند.
این تحقیق که توسط پروفسور شین ژانگ (ME، ECE، BME، MSE) رهبری می‌شود، بر اساس کار طولانی مدت آزمایشگاه در زمینه فرامواد صوتی بنا شده است.این تیم ابتدا در سال ۲۰۱۹ به دلیل ساخت یک «سپر صوتی» که می‌توانست فرکانس‌های خاصی را سرکوب کند و در عین حال اجازه عبور هوا را بدهد، مورد توجه قرار گرفت. اکنون، آنها فراتر از اهداف باند باریک حرکت کرده‌اند.
آخرین دستگاه، به نام فراماده فوق باز گرادیان فاز یا PGUOM، رویکرد وسیع‌تری را اتخاذ می‌کند.
ژانگ می‌گوید PGUOM رویکرد هوشمندانه‌تری – بیشتر شبیه هدفون‌های حذف نویز – اتخاذ می‌کند و به طور موثر پهنای باند وسیعی از صداهای ناخواسته را خاموش می‌کند. این دستگاه حتی با تغییر زیر و بم یا بلندی صدا، بسیار مؤثر باقی می‌ماند.»
این انعطاف‌پذیری، دستگاه را به ویژه برای نویز دنیای واقعی که اغلب چندین فرکانس را در بر می‌گیرد و به سرعت تغییر می‌کند، مناسب می‌سازد.در حالی که طراحی جدید کمی از عملکرد اوج را که هنگام انتقال از سرکوب باند باریک به باند پهن رایج است، قربانی می‌کند، نحوه کار موارد استفاده بسیار بیشتری را ایجاد می‌کند.
PGUOM از یک ساختار گرادیان فاز برای تبدیل صدای ورودی به امواج سطحی کاذب، معادل‌های صوتی پلاسمون‌های سطحی الکترومغناطیسی، استفاده می‌کند که سپس در امتداد سطح ماده پراکنده می‌شوند.
هر واحد از این ماده از ابرسلول‌هایی حاوی سه سلول واحد کوچکتر ساخته شده است. سلول‌های اول و سوم دارای موانع جامد برای ایجاد تغییرات فاز خاص در امواج صوتی هستند. سلول مرکزی باز می‌ماند و جریان هوا را از طریق ساختار حفظ می‌کند.
ژانگ توضیح می‌دهد: «طراحی ما برای همه یکسان نیست – و این یک نقطه قوت است. بسته به کاربرد، هم در محدوده فرکانس و هم در سطح جریان هوا قابل تنظیم است.»
برخلاف سیستم‌های قبلی که به طرح‌های ثابت و واحدهای یکنواخت متکی بودند، این ساختار جدید سلول مرکزی را بزرگتر می‌کند.این تغییر، جریان هوا را بدون به خطر انداختن کاهش نویز بهبود می‌بخشد و به این ماده قابلیت سازگاری بیشتری در بین سیستم‌ها می‌دهد.
محققان پتانسیل بالایی در ادغام PGUOM در محصولات تجاری و صنعتی می‌بینند. این محصولات شامل سیستم‌های تهویه، زیرساخت‌های عمومی و حتی محیط‌های رو به مصرف‌کننده هستند که در آنها عملکرد بی‌صدا ارزشمند است.این تیم در حال حاضر از شبیه‌سازی‌ها به نمونه‌های اولیه فیزیکی روی آورده و در تلاش است تا این فناوری را برای تولید مقیاس‌پذیر اصلاح کند.
ژانگ می‌گوید: «ما بر ادغام طرح‌های خود در محصولات و کاربردهای خاص تمرکز داریم، در حالی که فرامواد را برای فرآیندهای تولید مقیاس‌پذیر بهینه‌سازی می‌کنیم.تحقیقات بیشتر بر گسترش دامنه بی‌صداسازی در عین حفظ مقاومت در برابر جریان هوا کم و ضخامت سازه حداقل خواهد بود.انگیزه پشت این پروژه هم کاربردی و هم فوری است. ژانگ می‌گوید: «قرار گرفتن مزمن در معرض سر و صدای بیش از حد – که اغلب در مقایسه با آلودگی هوا و آب نادیده گرفته می‌شود – می‌تواند به طور جدی بر سلامت انسان تأثیر بگذارد.»
این شامل مسائلی مانند کم‌شنوایی، استرس، اختلال خواب و بیماری‌های قلبی عروقی می‌شود.
آلودگی صوتی همچنین بر حیات وحش تأثیر می‌گذارد و رفتارهای طبیعی و اکوسیستم‌ها را مختل می‌کند. آزمایشگاه ژانگ با طراحی PGUOM خود، به سمت آینده‌ای آرام‌تر و سالم‌تر حرکت می‌کند که در آن کنترل صدا دیگر به قیمت تهویه یا سازگاری تمام نمی‌شود.
این مطالعه در مجله Scientific Reports منتشر شده است.
