Le monde devient de plus en plus bruyant. Du bourdonnement de la circulation devant votre fenêtre au son de la télévision de votre voisin d’à côté en passant par les bruits provenant de la chambre d’un collègue, les bruits indésirables restent un gros problème.
Qu’il s’agisse de générer intentionnellement des ondes acoustiques ou de tenter de réduire les bruits indésirables, le contrôle du son est un domaine plein de défis et d’opportunités.
La réduction active du bruit consiste à supprimer les sons à faible volume et est devenue un domaine d’application important pour les casques et les écouteurs, qui ne nécessitent qu’une petite zone de silence près du tympan. L’insonorisation volumétrique à grande échelle, comme à l’intérieur, est en grande partie réalisée par des approches passives telles que la réflexion du son à l’aide de matériaux à haute impédance acoustique ou l’absorption acoustique généralement réalisée avec des structures fibreuses ou de la mousse isolante.
Le bruit peut-il être atténué avec un tissu légèrement plus épais qu’un cheveu humain ? Chercheur à Massachusetts Institute of Technology (MIT) affirme avoir réalisé cet exploit extraordinaire. Une collaboration interdisciplinaire de chercheurs d’instituts renommés et de collègues d’autres grandes universités américaines a développé un tissu en soie insonorisant qui peut être utilisé pour créer des pièces calmes.
Le secret est dans la fibre
Le tissu contient des fibres spéciales qui vibrent lorsqu’une tension est appliquée. Les chercheurs ont utilisé ces vibrations pour supprimer le son de deux manières différentes. L’un d’eux est un tissu vibrant onde sonore qui interrompent les bruits indésirables pour les annuler, à l’instar des écouteurs antibruit, qui fonctionnent bien dans les petits espaces comme vos oreilles, mais ne fonctionnent pas dans les grands espaces comme une pièce. ou avion.
Ce tissu peut amortir le son en générant des ondes sonores qui interfèrent avec les bruits indésirables pour les éliminer (comme le montre la figure C) ou en le maintenant enfoncé pour supprimer les vibrations essentielles à la transmission du son (comme le montre la figure D). (crédit : avec l’aimable autorisation de Yoel Fink et Grace (Noel) Yang)
Une autre technique, plus surprenante, consiste à maintenir le tissu pour supprimer les vibrations essentielles à la transmission du son. Cela empêche le bruit d’être transmis à travers le tissu et atténue le volume au-delà de celui-ci. Cette seconde approche permet de réduire le bruit dans des espaces beaucoup plus grands comme des pièces ou des voitures.
En utilisant des matériaux courants tels que la soie, la toile et la mousseline, les chercheurs ont créé des tissus antibruit pratiques à utiliser dans les espaces du monde réel. Par exemple, on peut utiliser le tissu pour créer une séparation dans un espace de travail ouvert ou une fine paroi en tissu qui empêche le son de pénétrer.
« Le bruit est bien plus facile à créer que le silence. En fait, pour éviter le bruit, nous avons consacré beaucoup d’espace aux murs épais », a écrit l’équipe. “Nous proposons un nouveau mécanisme permettant de créer un espace calme avec une fine feuille de tissu”, a déclaré le professeur. Yoel Fink, expert en science et ingénierie des matériaux et auteur principal de l’étude.
L’auteur principal de cette étude est le Dr. Grace (Noel) Yang et son équipe comprenaient un étudiant diplômé du MIT et un professeur en génie chimique. Zachary Smith ; étudiant diplômé à la Case Western University à Cleveland, Ohio ; le professeur Chu Ma de l’Université du Wisconsin à Madison ; et étudiant diplômé à la Rhode Island School of Design.
Leur étude vient de paraître dans la revue Matériaux avancés avec le titre « Tissu tissé en soie et coton à une seule épaisseur pour les émissions acoustiques et l’amortissement actif du son ».
Lors de recherches antérieures, ils ont cousu des brins simples de fibres piézoélectriques qui produisent des signaux électriques lorsqu’ils sont pressés ou pliés dans le tissu. Lorsque le bruit ambiant fait vibrer le tissu, les fibres piézoélectriques convertissent ces vibrations en signaux électriques capables de capter le son.
Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont transformé l’idée en créant des haut-parleurs en tissu qui pourraient être utilisés pour amortir les ondes sonores. L’application d’un signal électrique à une fibre piézoélectrique la fait vibrer, ce qui produit un son. Les chercheurs l’ont démontré en jouant l’Air de Bach à l’aide d’une feuille de soie de 130 micromètres montée sur un cadre circulaire.
« Même si nous pouvons utiliser du tissu pour produire du son, il y a déjà tellement de bruit dans notre monde. Nous avons pensé que créer le silence pourrait être encore plus précieux », explique Yang.
Pour permettre un amortissement direct du son, les chercheurs ont utilisé un haut-parleur en soie pour émettre des ondes sonores qui perturbent de manière destructrice les ondes sonores indésirables. Ils contrôlent les vibrations des fibres piézoélectriques afin que les ondes sonores émises par le tissu s’opposent aux ondes sonores indésirables frappant le tissu, éliminant ainsi le bruit – mais la technique n’est efficace que dans de petites zones. Les chercheurs se sont donc appuyés sur cette idée pour développer une technique qui utilise les vibrations du tissu pour supprimer le son dans des zones plus vastes telles que les chambres.
Disons que votre voisin regarde un événement sportif très fréquenté à la télévision au milieu de la nuit. Vous entendez du bruit dans votre chambre car le bruit dans leur appartement fait vibrer votre mur commun, ce qui crée des ondes sonores de votre côté.
Pour amortir le son, vous pouvez placer un tissu en soie contre le côté de votre mur commun, contrôlant les vibrations des fibres pour forcer le tissu à rester immobile. Cette compression médiée par les vibrations empêche le son d’être transmis à travers le tissu. “Si nous pouvons contrôler ces vibrations et les empêcher de se produire, nous pouvons également arrêter le bruit qu’elles produisent”, a ajouté Yang.
Étonnamment, les chercheurs ont découvert que le fait de maintenir le tissu immobile provoquait la réflexion du son par le tissu, produisant un mince morceau de soie qui réfléchissait le son comme un miroir réfléchit la lumière.
Leurs expériences ont également révélé que les propriétés mécaniques du tissu et la taille de ses pores affectent l’efficacité de la génération sonore. Bien que la soie et la mousseline aient des propriétés mécaniques similaires, la taille plus petite des pores de la soie en fait un meilleur raidisseur du tissu.
Cependant, la taille effective des pores dépend également de la fréquence des ondes sonores. Si la fréquence est suffisamment basse, même les tissus dotés de pores relativement larges peuvent fonctionner efficacement, a déclaré Yang.
Lorsqu’ils ont testé des tissus en soie en mode pressage direct, les chercheurs ont découvert que les tissus pouvaient réduire considérablement le volume sonore jusqu’à 65 décibels (aussi fort qu’une conversation humaine enthousiaste). En mode amortissement des vibrations, le tissu peut réduire la transmission du son jusqu’à 75 %.
À l’avenir, les membres de l’équipe souhaitent explorer l’utilisation de leur matériel pour bloquer les sons de différentes fréquences. Cela peut nécessiter un traitement du signal complexe et des dispositifs électroniques supplémentaires. Ils visent également à étudier l’architecture du tissu pour voir comment des changements comme le nombre de fibres piézoélectriques, la direction des coutures ou la tension appliquée peuvent améliorer les performances.
« Nous pouvons utiliser de nombreux commutateurs pour rendre ce tissu insonorisant vraiment efficace. Nous voulons amener les gens à réfléchir à la manière de contrôler les vibrations structurelles pour amortir le son. Ce n’est que le début”, a conclu Yang.
2024-05-12 22:04:11
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