再設計された窓は音を止めますが空気は止めません、と材料科学者は言います

騒音公害は、現代生活のバグベアの1つです。機械、エンジン、隣人などの音は、私たちの生活の質や、この惑星を共有する他の生き物の生活の質に深刻な影響を与える可能性があります。

しかし、音を遮断することは困難で費用のかかるビジネスです。防音は一般に、空気から音を吸収して減衰させる別の媒体に音を移すという原理に基づいて機能します。

そのため、空気を自由に通過させながら音を吸収するバリアを作成するという概念は、最初は完全に不可能に思えます。しかし、それはまさに韓国の木浦海洋大学のキマ・サンフンと韓国機械材料研究所のイ・ソンヒョンが達成したことです。

これらの人々は、音が移動する空気から音を分離し、それを減衰させる方法を考え出しました。これにより、空気は流れるが音は出ない窓を作ることができました。

設計は比較的単純で、2つのエキゾチックな音響現象に依存しています。 1つは、体積弾性率が負の材料を作成することです。

材料の体積弾性率は本質的に圧縮に対する抵抗であり、これは音が材料を通過する速度を決定する上で重要な要素です。負の体積弾性率を持つ材料は、通過する音を指数関数的に減衰させます。

ただし、体積弾性率が負の固体材料を想像するのは困難です。これは、少し巧妙な設計が役立つ場合です。

キマとリーのアイデアは、共鳴力が圧縮に対抗する健全な共鳴チャンバーを設計することです。注意深く設計すると、特定の周波数範囲で負の体積弾性率になります。

彼らの共鳴室は実際には非常に単純です。それは、ペーパーバックの本のサイズの二重ガラスのセクションのように、約150ミリメートルの正方形で40ミリメートル離れた透明なアクリルプラスチックの2つの平行なプレートで構成されています。

このチャンバーは、内部で共鳴する音が、同じ音がチャンバーを圧縮する方法に逆らって作用するように設計されています。これが発生すると、チャンバー全体の体積弾性率が負になります。

これにおける重要な要素は、音がどれだけ効率的にチャンバーに入ることができるかであり、ここでキマとリーは別のトリックを持っています。この効率を最大化するために、彼らはアクリルの各部分に50ミリメートルの穴を開けます。これは回折要素として機能し、チャンバーに当たる音をチャンバー内に強く回折させます。

その結果、体積弾性率が負の二重窓ができ、それに当たる音が大幅に減衰します。

キマとリーは、二重窓ユニットをビルディングブロックとして使用して、より大きな窓を作成します。ビルディングブロックの3x4x3の壁を使用したテストでは、ウィンドウが700 Hz〜2,200 Hzのサウンド範囲でサウンドレベルを20〜35デシベル減少させると彼らは言います。これは大幅な削減です。

また、小さな穴のある追加のビルディングブロックを使用することで、この範囲を拡張して低周波数をカバーできます。

これらの窓の便利な点は、窓を貫通する穴によって空気が自由に流れるようになり、十分な換気もできることです。

アプリケーションはたくさんあります。穴のサイズを変更すると、ウィンドウが調整可能になり、特定の周波数のみが遮られるようになります。新しいデザインには、いくつかの興味深いアプリケーションがあります。

たとえば、低周波数の海の波の音と高周波数で動作する機械の音が組み合わさった領域にいる場合、新鮮な空気のある海の波の音しか聞こえません、とキマとリーは言います。

さらに、同じアイデアが水中でも機能するはずであり、海洋動物を騒音公害から保護するなどの用途に役立つ可能性があると彼らは言います。

現代の生活でますます一般的になっている問題の1つに取り組む賢いアイデア。

参照： arxiv.org/abs/1307.0301 ：空気透過防音窓

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