Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một loại vải lụa có khả năng giảm tiếng ồn bằng cách sử dụng rung động, áp dụng hai kỹ thuật: khử tiếng ồn thông qua giao thoa và ngăn chặn sự truyền âm thanh. Vật liệu này có thể biến các môi trường ồn ào thành không gian yên tĩnh (tranquil spaces), khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho ô tô, phòng ở và văn phòng mở.
Vấn đề tiếng ồn và giải pháp sáng tạo của MIT
Chúng ta đang sống trong một thế giới ngập tràn tiếng ồn. Từ tiếng xe cộ bên ngoài, tiếng TV ồn ào của hàng xóm cho đến tiếng trò chuyện trong không gian làm việc chung, và tiếng ồn không mong muốn là một thách thức thường trực. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm các nhà nghiên cứu liên ngành (interdisciplinary researchers) từ MIT và các tổ chức khác đã phát triển một loại vải lụa sáng tạo được thiết kế để giảm tiếng ồn và tạo ra không gian yên tĩnh hơn.
Loại vải này, mỏng như sợi tóc người, được tích hợp một sợi đặc biệt có khả năng rung động khi được truyền điện áp. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng những rung động này để giảm tiếng ồn theo hai phương pháp riêng biệt.
Phương pháp đầu tiên sử dụng vải để tạo ra sóng âm thanh giao thoa và triệt tiêu tiếng ồn không mong muốn, tương tự như tai nghe chống ồn. Tuy nhiên, dù hiệu quả ở những không gian nhỏ, kỹ thuật này lại kém thực tế hơn ở các khu vực lớn như phòng ở hoặc máy bay.
Phương pháp thứ hai, đáng ngạc nhiên hơn, là giữ cho vải không rung, qua đó ngăn chặn sự truyền rung động âm thanh. Với việc ngăn rung động này, vải giúp giảm đáng kể tiếng ồn trong các khu vực rộng lớn, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho phòng ở hoặc phương tiện giao thông.
Ứng dụng thực tiễn và ý kiến chuyên gia
Bằng cách sử dụng các vật liệu phổ biến như lụa, vải bố, và vải muslin, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những loại vải giảm tiếng ồn có tính thực tiễn cao trong các không gian thực tế. Ví dụ, loại vải này có thể được dùng để làm vách ngăn trong các văn phòng mở hoặc các bức tường vải mỏng để ngăn tiếng ồn lọt qua.
“Tiếng ồn dễ tạo ra hơn nhiều so với sự yên tĩnh. Thực tế, để ngăn tiếng ồn, chúng ta phải dành nhiều không gian cho các bức tường dày. Công trình của nhà nghiên cứu Grace cung cấp một cơ chế mới để tạo ra không gian yên tĩnh chỉ với một tấm vải mỏng,” Yoel Fink, giáo sư tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, đồng thời là nhà nghiên cứu chính tại Phòng thí nghiệm Điện tử Nghiên cứu, và là tác giả chính của bài báo về loại vải này, chia sẻ. Một bài báo về nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Advanced Materials.
Sự yên lặng mềm mại như lụa
Loại lụa giảm tiếng ồn này được phát triển dựa trên công trình trước đây của nhóm, đó là chế tạo ra các micro từ vải. Trong nghiên cứu trước, họ đã khâu một sợi áp điện (piezoelectric fiber) vào vải. Vật liệu piezoelectric tạo ra tín hiệu điện khi bị nén hoặc uốn cong. Khi có tiếng ồn gần đó làm vải rung, sợi piezoelectric chuyển đổi những rung động này thành tín hiệu điện, qua đó ghi lại âm thanh.
Trong công trình mới, các nhà nghiên cứu đã đảo ngược ý tưởng này để tạo ra một loa từ vải, có thể được sử dụng để triệt tiêu sóng âm.
Khi áp dụng tín hiệu điện vào sợi áp điện, sợi này sẽ rung động và tạo ra âm thanh. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh điều này bằng cách phát bản nhạc “Air” của Bach qua một tấm lụa dày 130 micromet được gắn trên một khung tròn.
Để thực hiện việc giảm tiếng ồn trực tiếp, các nhà nghiên cứu sử dụng một loa từ vải lụa để phát ra các sóng âm thanh triệt tiêu sóng âm thanh không mong muốn. Họ điều chỉnh rung động của sợi piezoelectric sao cho các sóng âm thanh do vải phát ra đối nghịch với các sóng âm thanh không mong muốn va vào vải, qua đó loại bỏ tiếng ồn.
Tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ hiệu quả trong một khu vực nhỏ. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật khác dựa trên ý tưởng này, sử dụng rung động của vải để giảm tiếng ồn trong các khu vực rộng lớn hơn, chẳng hạn như một phòng ngủ.
Kiểm soát tiếng ồn trong thực tế
Hãy giả sử hàng xóm bên cạnh đang chơi bóng bàn xoay (foosball) trong đêm khuya. Bạn nghe thấy tiếng ồn trong phòng ngủ vì âm thanh từ căn hộ của họ làm bức tường chung rung động, tạo ra sóng âm ở phía bạn.
Để giảm tiếng ồn đó, các nhà nghiên cứu có thể đặt tấm vải lụa lên phía tường chung ở bên bạn, kiểm soát rung động trong sợi để buộc tấm vải giữ nguyên trạng thái tĩnh. Việc giảm rung động này ngăn chặn sự truyền âm qua vải.
Điều đáng ngạc nhiên là các nhà nghiên cứu phát hiện rằng khi giữ tấm vải ở trạng thái tĩnh (holding the fabric still), âm thanh sẽ bị phản xạ bởi vải, và một lớp lụa mỏng cũng phản âm giống như gương phản chiếu ánh sáng.
Các thí nghiệm của họ cũng chỉ ra rằng cả tính chất cơ học của vải và kích thước lỗ vải đều ảnh hưởng đến hiệu quả tạo âm thanh. Mặc dù lụa và vải muslin có tính chất cơ học tương tự, nhưng kích thước lỗ nhỏ hơn của lụa khiến nó trở thành vật liệu làm loa tốt hơn.
Tuy nhiên, kích thước lỗ hiệu quả còn phụ thuộc vào tần số của sóng âm. Nếu tần số đủ thấp, ngay cả một loại vải có lỗ tương đối lớn cũng có thể hoạt động hiệu quả.
Khi thử nghiệm vải lụa trong chế độ giảm âm trực tiếp, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng nó có thể giảm đáng kể âm lượng âm thanh lên tới 65 decibel (tương đương âm lượng của cuộc trò chuyện lớn tiếng). Trong chế độ giảm âm qua rung động, vải có thể giảm sự truyền âm thanh lên tới 75%.
Hướng phát triển và cải tiến công nghệ trong tương lai
Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn khám phá việc sử dụng loại vải này để chặn âm thanh ở nhiều tần số khác nhau, điều này có thể đòi hỏi xử lý tín hiệu phức tạp và thêm các thiết bị điện tử.
Ngoài ra, họ muốn nghiên cứu sâu hơn về kiến trúc của vải để xem việc thay đổi các yếu tố như số lượng sợi áp điện, hướng khâu, hoặc điện áp áp dụng có thể cải thiện hiệu suất như thế nào.
“Có rất nhiều yếu tố mà chúng ta có thể điều chỉnh để làm cho loại vải giảm âm này thực sự hiệu quả. Chúng tôi muốn mọi người bắt đầu nghĩ đến việc kiểm soát rung động cấu trúc để giảm tiếng ồn. Đây mới chỉ là khởi đầu,” Grace nói.
Các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một loại vải lụa, mỏng hơn cả sợi tóc con người, có khả năng triệt tiêu tiếng ồn không mong muốn và giảm truyền âm trong một căn phòng lớn. Ảnh: MIT News
Vải có thể triệt tiêu âm thanh bằng cách tạo ra sóng âm can thiệp và loại bỏ tiếng ồn không mong muốn (như minh họa trong Hình C) hoặc bằng cách giữ yên để ngăn chặn các rung động, yếu tố chính trong việc truyền âm thanh (như minh họa trong Hình D). Ảnh: MIT News
