あなたの騒々しい隣人によって証明されるように、音を止めることは非常に重要な主題です。
我々は中国との共同研究によって、小さな迷路ボールを使用してこれが可能であることを示しましたす。
迷路にはさまざまな形がありますが、おそらく最もよく知られているのは、庭に迷路のパターンが配置された茂みで、通常は平らな面に構築されます。しかし、3次元の迷路を作ることもできます。これは、人々が迷路を抜けるのが非常に難しいと感じるでしょう。
人だけではありません。 音も迷路を出るのに問題があります。
正20面体の迷路ボールに関する先行研究を参考に、この研究では、コンパクトな8面体ベースの迷路ボールを構築し、それをチューブに入れて音を止めることを示します。 自然界にはない方法で音を操作できる素材である音響メタマテリアルの特性を利用しています。
玉ねぎのように多層構造になった直径90mmの迷路ボール
この図は、直径90 mmの、3Dプリンタを使ったパーツを接着して作成した迷路ボールを示しています。このボールを直径200mmのチューブに入れると、630 Hzのピッチに音を調整することで、ボールが隠す断面積はチューブの断面積のわずか一部でしかないにもかかわらず、音の強さの67％がチューブ内を通り抜けるのを防ぐことができます。
通常、このような小さなボールははるかに高い周波数で共鳴しますが、迷路構造は、ボールの内側を通り抜ける音の進行を効果的に遅くし、共鳴する音のピッチを下げます。
迷路ボールの周波数が低い方から４つの共鳴のシミュレーション
数値シミュレーションにより、上図に示すように、迷路ボールが共鳴するさまざまな音響振動を調査しました。
この研究は、まばらに配置されたオブジェクトでも音を操作したり遮断できることを示しています。これを使うと、空気は通過しますが、同時に音は遮断できます。
より詳しくは、 'Compact acoustic metamaterial based on the 3D Mie resonance of a maze ball with an octahedral structure,' T. Zhang et al., Appl. Phys. Lett. (2022).をご覧ください。