Engenheiros criam material em formato de anel capaz de silenciar sons

Pesquisadores da Universidade de Boston publicaram nesta quinta-feira (7) um estudo na revista Physichal Review B demonstrando que é possível silenciar sons a partir de uma estrutura com formato similar ao de um anel.

"Hoje, as barreiras sonoras são literalmente grossas e pesadas paredes", diz o estudante de Ph.D. do Departamento de Engenharia Mecânica, Reza Ghaffarivardavagh, um dos responsáveis pelo estudo.

Ele trabalhou com a professora da Faculdade de Engenharia de Boston, Xin Zhang. Os dois, que partilham uma paixão por matemática, descobriram o design ideal para um metamaterial acústico. O metamaterial são materiais artificiais modificados de tal modo que adquiram propriedades desejadas que não existem de forma natural.

Eles calcularam as dimensões e especificações que o metamaterial precisaria ter para interferir nas ondas sonoras transmitidas, impedindo que o som – mas não o ar – fosse irradiado através da estrutura aberta. A premissa básica é que o metamaterial precisa ser moldado de tal forma que envie os sons que recebe de volta ao seu remetente, explicaram os engenheiros.

Embora a acústica em paredes evite que barulhos do trânsito atravessem paredes ou que o som alto de música se espalhe por quarteirões, ela não é adequada para situações em que o fluxo de ar é crítico, como no escapamento de um avião – ele nem seria capaz de sair do solo. Em vez disso, os funcionários de pista usam protetores de ouvido.

Para testar sua teoria, Ghaffarivardavagh e Zhang decidiram moldar seu metamaterial com dimensões para silenciar um alto-falante – eles utilizaram uma impressora 3D para materializar a estrutura que cancela ruídos.

Os engenheiros selaram o alto-falante em uma extremidade de um tubo PVC. Na outra abertura, o metamaterial acústico foi acoplado. Depois, foi só acionar o alto-falante e apreciar o silêncio. Na sala, não dava nem para desconfiar que o alto-falante reproduzia algum som. Mas ao espiar dentro do tubo, era possível ver as saídas de som pulsando no ritmo da música.

O metamaterial passou a funcionar como um botão mudo no tubo PVC até que Ghaffarivardavagh o soltou e o laboratório foi invadido por uma melodia.

"No momento em que colocamos e removemos o silenciador pela primeira vez ... foi literalmente como passar da noite para o dia", comentou Jacob Nikolajczyk, que além de coautor e co-pesquisador no laboratório de Zhang, é cantor. "Durante meses, vimos esse tipo de resultado em nossa modelagem por computador – mas uma coisa é ver os níveis de pressão sonora modelados em um computador, e outra é ouvir o impacto".

Comparando os níveis de som com e sem o metamaterial, a equipe descobriu que conseguiu silenciar 94% do ruído – os sons emanados do alto-falante eram imperceptíveis ao ouvido humano.

Futuro

Agora que o protótipo se provou tão eficaz, os pesquisadores têm grandes planos para o metamaterial acústico.

"Drones são um tema muito quente", diz Zhang. Empresas como a Amazon estão interessadas em usar drones para entregar mercadorias, conta ela, mas "as pessoas estão reclamando do barulho em potencial".

"O culpado é o movimento da hélice," explica Ghaffarivardavagh. "Se pudermos colocar estruturas de silenciamento de som sob os ventiladores, podemos cancelar o som que irradia para o chão".

Mais perto de casa – ou do seu escritório – ventiladores e sistemas de climatização podem se beneficiar de metamateriais acústicos que os tornam silenciosos, mas ainda permitem a circulação de ar quente ou frio livre em todo o edifício.

Ghaffarivardavagh explica que o formato do metamaterial pode ser personalizado. "A parte externa não precisa ser um anel redondo para funcionar. Quando queremos criar uma parede acústica, por exemplo, vamos para uma forma hexagonal".

Essas paredes poderiam ajudar a conter muitos tipos de ruídos, mesmo aqueles que produzem vibrações intensas como os de uma máquina de ressonância magnética. O metamaterial protegeria os pacientes do alto barulho.

Zhang ainda acrescenta que as possibilidades são infinitas. "A ideia é que agora possamos projetar matematicamente um objeto que bloqueie os sons de qualquer coisa", diz ela.

Fonte: Science Daily