Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) представили материал, который может перевернуть представления о звуке и тишине. Они разработали тончайшую шёлковую ткань, способную подавлять шум с помощью вибраций, создавая вокруг ощущение покоя. Открытие, опубликованное в журнале Advanced Materials, открывает путь к появлению новых технологий в строительстве, транспорте и даже в дизайне одежды.
Современный человек живёт в мире постоянного фона — гудение автомобилей, разговоры соседей, звонки, музыка, техника. По данным Всемирной организации здравоохранения, хронический шум признан одной из наиболее частых экологических причин стресса. Усталость, тревожность и бессонница всё чаще становятся его следствием.
Чтобы изменить ситуацию, междисциплинарная команда исследователей из MIT и нескольких университетов разработала шёлковую ткань, способную улавливать и блокировать звуковые волны. Материал настолько тонкий, что его можно использовать в интерьере, автомобилях или даже в одежде.
"Шум создать гораздо проще, чем тишину. Чтобы защититься от него, мы возводим толстые стены. Грейс предлагает новый способ — создавать тишину с помощью тонкого слоя ткани", — сказал профессор материаловедения, электротехники и компьютерных наук MIT и руководитель проекта Йоэль Финк.
Ткань использует два разных механизма шумоподавления — интерференцию и вибрационное подавление.
В первом случае материал создаёт звуковые волны, которые вступают в противофазу с исходным шумом и гасят его — по тому же принципу, что и наушники с активным шумоподавлением. Этот способ эффективен в замкнутых помещениях — например, в комнатах, салонах самолётов и автомобилях.
Второй метод — блокировка вибраций, передающих звук. Ткань остаётся неподвижной, препятствуя распространению звуковых колебаний. Такой подход работает на больших площадях: он снижает шум на 75 %, делая пространство ощутимо тише даже без массивных перегородок.
"Если мы сможем контролировать вибрации и предотвращать их, мы сможем избавиться и от шума", — объяснила ведущий автор исследования и аспирантка Грейс (Ноэль) Янг, MIT.
Основой новой ткани стал пьезоэлектрический шёлк — волокно, которое преобразует вибрации в электрический сигнал и наоборот. При подаче напряжения оно начинает колебаться, создавая звуковые волны или поглощая их. Исследователи уже испытали ткань, сыграв на ней "Воздух" Баха — звук исходил прямо из шёлкового листа толщиной всего 130 микрометров.
Но главная ценность технологии — в обратном эффекте: ткань может не издавать звук, а нейтрализовать его, превращая вибрацию в электрическую энергию.
"Хотя мы можем использовать ткань для создания звука, мы решили, что создание тишины — ещё более ценно", — сказала Янг.
| Параметр | Традиционные звукоизоляционные материалы | Шумоподавляющий шёлк MIT |
|---|---|---|
| Толщина | Несколько сантиметров | 0,1-0,2 мм |
| Механизм работы | Поглощение звука | Активное подавление и блокировка вибраций |
| Масса | Тяжёлые конструкции | Лёгкий, гибкий материал |
| Эффективность | Средняя | До 75 % снижения шума |
| Возможности применения | Стены, перегородки | Тканевые перегородки, интерьер, транспорт |
Во время экспериментов исследователи обнаружили, что ткань может вести себя как звуковое зеркало. Когда её держат в руках, она отражает звуковые волны так же, как зеркальная поверхность отражает свет. Это свойство открывает перспективы для использования ткани в архитектуре и акустическом дизайне помещений — от концертных залов до домашних студий.
Эффективность отражения зависит от структуры ткани: чем мельче поры, тем лучше шёлк блокирует высокочастотные звуки. При низких частотах хорошо работают даже ткани с крупным переплетением.
Шумоподавляющий шёлк можно использовать в самых разных сферах:
• В интерьерах — для создания тонких перегородок и "акустических стен".
• В транспорте — для снижения шума в салонах автомобилей, самолётов и поездов.
• В открытых офисах — для улучшения концентрации и комфорта сотрудников.
• В жилых помещениях — для изоляции спален от уличного шума или соседей.
"Ткань может преобразить подход к проектированию тихих пространств — от квартир до промышленных зон", — подчеркнул Финк.
Ошибка: Полагаться исключительно на пассивную шумоизоляцию.
Последствие: Толстые стены и ограничение пространства.
Альтернатива: Использовать активное шумоподавление на основе пьезоэлектрических тканей.
Ошибка: Сосредоточиться только на низких частотах.
Последствие: Сохранение звуков речи и бытового шума.
Альтернатива: Настраивать структуру ткани под конкретный диапазон частот.
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Гибкость и лёгкость | Высокая стоимость производства |
| Активное управление звуком | Требуется питание и электроника |
| Эстетичный вид и тонкость | Ограниченная эффективность в открытых пространствах |
| Возможность интеграции в интерьер | Нужна адаптация под разные частоты |
Ткань реагирует на электрический сигнал, создавая колебания, противоположные звуку. Этот принцип называется деструктивной интерференцией: встречные волны гасят друг друга, превращая шум в тишину. В режиме блокировки вибраций ткань остаётся неподвижной, предотвращая передачу звуков через стены или панели.
Благодаря этим механизмам материал способен снижать громкость звуков до 65 дБ — примерно как разговор в офисе, — а при необходимости почти полностью устранять фоновый шум.
Что, если шёлковая ткань с шумоподавлением станет массовым продуктом? Мы сможем отказаться от громоздких звукоизоляционных панелей и заменить их лёгкими тканевыми структурами. Автомобили станут тише без утяжеления конструкции, а городские квартиры смогут защищать жильцов от уличного гула без капитального ремонта.
Миф: Шум можно устранить только толстыми стенами.
Правда: Активные технологии позволяют достичь того же эффекта тонким материалом.
Миф: Шёлк слишком хрупок для инженерных решений.
Правда: Пьезоэлектрический шёлк выдерживает высокие нагрузки и вибрации.
Миф: Шумоподавление требует сложной техники.
Правда: Ткань сама выступает динамиком и сенсором одновременно.
• Один квадратный метр шёлка MIT весит менее 100 граммов, но способен гасить шум сильнее, чем слой пенопласта толщиной 5 см.
• В лабораторных тестах ткань не только устраняла шум, но и воспроизводила музыку с кристально чистым звуком.
• В будущем материал может использоваться для создания "умных окон", которые будут регулировать не только свет, но и звук.
Можно ли использовать ткань в домашних условиях?
Пока нет — технология проходит стадию лабораторных испытаний, но коммерческие образцы планируются в течение нескольких лет.
Как долго служит материал?
Исследователи утверждают, что шёлк выдерживает тысячи циклов вибраций без потери свойств.
Можно ли комбинировать ткань с другими материалами?
Да, она совместима с холстом, муслином и синтетическими волокнами.
Разработка шумоподавляющего шёлка — продолжение предыдущих проектов группы MIT, создававшей тканевые микрофоны и динамики. Теперь учёные пошли дальше: превратили ткань в инструмент, который может "управлять тишиной". В проекте участвовали аспиранты и профессора MIT, Университета Кейс Вестерн, Висконсинского университета и Школы дизайна Род-Айленда. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.