Chúng ta sống trong một thế giới không lúc nào ngơi tiếng ồn. Từ tiếng xe cộ ầm ầm di chuyển bên ngoài cửa sổ, cho đến tiếng TV ầm ĩ của nhà hàng xóm, tiếng bàn phím lạch cạch của đồng nghiệp vọng tới từ bàn bên. Tiếng ồn không mong muốn vẫn luôn là một vấn đề nhức nhối với bất cứ ai.
“Chúng ta cần các phương pháp để giảm tiếng ồn”, giáo sư kỹ thuật âm thanh Trevor Cox từ Đại học Salford, không tham gia vào nghiên cứu, cho biết. “Đây là một vấn đề lớn của xã hội. Cho dù tiếng ồn đó đến từ các nguồn môi trường như máy bay hay từ những người hàng xóm ồn ào của chúng ta… nó [gây ra] các vấn đề như bệnh tim mạch”,
Hướng tới mục đích giảm tiếng ồn, một nhóm nghiên cứu liên ngành từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cùng một số viện, trường khác đã phát triển một loại vải lụa triệt âm, mà khi dùng loại vật liệu này ta có thể tạo ra không gian yên tĩnh.
Loại vải này chỉ dày hơn một chút so với tóc người. Nó chứa một loại sợi đặc biệt sẽ rung động khi được cấp điện. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng những rung động này để triệt tiêu âm thanh theo hai cách khác nhau.
Trong phương pháp đầu tiên, khi vải rung lên, nó sẽ tạo ra sóng âm giao thoa với tiếng ồn không mong muốn nhằm triệt tiêu nó – một cơ chế tương tự với tai nghe chống ồn, nhưng chỉ hoạt động tốt trong không gian nhỏ như tai người dùng, không hiệu quả trong không gian lớn như căn phòng hoặc máy bay.
Phương pháp còn lại, gây ngạc nhiên hơn là giữ cố định tấm vải để triệt tiêu dao động – những thứ đóng vai trò quan trọng trong việc truyền âm thanh. Điều này sẽ ngăn tiếng ồn truyền qua tấm vải và làm giảm âm lượng ở phía bên kia. Phương pháp này sẽ cho phép giảm tiếng ồn ở trong các không gian lớn như căn phòng hoặc ô tô.
Bằng cách sử dụng các vật liệu thông thường như lụa, vải bạt và vải muslin, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các loại vải cách âm có thể ứng dụng trong không gian thực tế. Ví dụ, người ta có thể sử dụng loại vải này làm vách ngăn trong không gian làm việc mở hoặc tường vải mỏng để ngăn âm thanh lọt qua.
“Gây ra tiếng ồn dễ hơn nhiều so với tạo ra sự yên tĩnh. Trên thực tế, để ngăn tiếng ồn, chúng ta dành nhiều không gian cho các bức tường dày. Grace [tác giả đầu tiên] đã thực hiện một công trình đem lại cơ chế mới nhằm tạo ra không gian yên tĩnh bằng một tấm vải mỏng”, Yoel Fink, giáo sư khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính, nhà nghiên cứu chính của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử và là tác giả chính của một bài báo về loại vải này, cho biết.
Mới đây, tác giả Grace (Noel) Yang đã công bố kết quả trong bài báo Single Layer Silk and Cotton Woven Fabrics for Acoustic Emission and Active Sound Suppression, đăng trên tạp chí
Advanced Materials.
Tiến sĩ Yang cho biết, cơ sở nền tảng cho loại vải thú vị này xuất phát từ micro vải – một sản phẩm từ nghiên cứu trước đó của nhóm. Trong nghiên cứu ấy, họ đã khâu một sợi áp điện vào vải. Vật liệu áp điện tạo ra tín hiệu điện lúc bị bóp hoặc uốn cong. Khi tiếng ồn gần đó khiến vải rung lên, sợi áp điện sẽ chuyển đổi các rung động đó thành tín hiệu điện, có thể thu được âm thanh.
“Mặc dù chúng tôi có thể sử dụng vải để tạo ra âm thanh, nhưng thế giới của chúng ta đã có quá nhiều tiếng ồn. Chúng tôi nghĩ rằng việc tạo ra sự im lặng thậm chí còn có giá trị hơn nữa”, tiến sĩ Yang chia sẻ.
Từ suy nghĩ như vậy, các nhà nghiên cứu đã đảo ngược ý tưởng về micro vải, hướng tới tạo ra loa vải có khả năng triệt tiêu sóng âm.
Để có thể triệt tiêu âm thanh trực tiếp, các các nhà nghiên cứu sử dụng loa vải lụa để phát ra sóng âm có tác dụng phá hủy sóng âm không mong muốn. Họ kiểm soát dao động của sợi áp điện để sóng âm phát ra từ vải ngược pha với sóng âm không mong muốn va vào tấm vải, từ đó sẽ triệt tiêu được tiếng ồn.
Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hiệu quả trên một diện tích nhỏ. Vì thế, các nhà nghiên cứu đã lấy ý tưởng này làm nền móng để phát triển một phương pháp có thể sử dụng rung động của vải để ngăn chặn âm thanh ở những khu vực rộng hơn nhiều, như phòng ngủ.
Giả dụ như hàng xóm của bạn nửa đêm còn bật tivi với âm lượng lớn, bạn sẽ thấy tiếng ồn trong phòng ngủ của mình vì âm thanh trong nhà họ khiến bức tường chung giữa hai nhà rung lên, tạo thành sóng âm ở phía bạn. Bạn không thể ngày nào cũng nhắc hàng xóm vặn nhỏ tivi, cũng không thể lập tức sửa nhà để chấm dứt cảnh chung tường. Các nhà nghiên cứu gợi ý, bạn có thể treo một tấm lụa lên mặt tường chung ở phía bạn, đảm bảo sao cho tấm vải sẽ ở yên vị trí. Việc này sẽ khiến âm thanh không thể truyền qua tấm vải.
“Nếu chúng ta có thể kiểm soát những rung động đó và ngăn chúng xảy ra, thì chúng ta cũng có thể ngăn tiếng ồn được tạo ra”, Yang nói.
Trong quá trình nghiên cứu, các tác giả kinh ngạc phát hiện ra việc giữ cố định tấm vải sẽ khiến âm thanh bị phản xạ lại, giống ánh sáng khi chiếu tới gương sẽ bị khúc xạ. Các thí nghiệm cũng cho họ thấy cả tính chất cơ học của vải và kích thước của kẻ hở nhỏ giữa các sợi vải đều ảnh hưởng tới hiệu quả tạo ra âm thanh. Tuy lụa và vải muslin có tính chất cơ học tương tự nhau, song kích cỡ của kẻ hở trên lụa nhỏ hơn, khiến nó trở thành loại loa vải tốt hơn. Ngoài ra, tần số của sóng âm cũng là một yếu tố quan trọng đối với hiệu quả của kẽ hở. Nếu tần số đủ thấp thì ngay cả một vài loại vải có kẽ hở tương đối rộng cũng có thể hoạt động hiệu quả, Yang nói.
Khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm vải lụa ở chế độ triệt tiêu trực tiếp, họ phát hiện ra rằng nó có thể giảm đáng kể âm lượng của âm thanh lên đến 65 decibel (gần bằng tiếng nói chuyện sôi nổi của con người). Ở chế độ giảm rung động, vải có thể giảm âm thanh truyền đi tới 75%.
Kết quả khả quan trên có được là nhờ sự chung tay của một nhóm cộng tác viên có năng lực mạnh mẽ: các nghiên cứu sinh tại Trường Thiết kế Rhode Island đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu được chi tiết về việc chế tạo vải; các nhà khoa học tại Đại học Wisconsin ở Madison đã tiến hành mô phỏng; các nhà nghiên cứu tại Đại học Case Western Reserve đã mô tả đặc điểm vật liệu; và các kỹ sư hóa học tại Smith Group tại MIT đã sử dụng chuyên môn về tách màng khí để đo luồng không khí qua vải.
Về hướng phát triển tiếp theo, nhóm tác giả muốn khám phá việc sử dụng vải để chặn âm thanh ở nhiều tần số. Điều này có thể đòi hỏi xử lý tín hiệu phức tạp và các thiết bị điện tử bổ sung.
Ngoài ra, họ muốn nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc của vải để xem việc thay đổi những thứ như số lượng sợi áp điện, hướng chúng được khâu vào, hoặc cấp điện có thể cải thiện hiệu suất thế nào.
Nguồn: news.mit.edu