生活中存在许多噪音，刺激着人的耳朵和大脑，影响人们的听觉、睡眠和精神状态。长时间处于噪音污染的环境中，身心都会出现问题。不久前，美国研发出一种降噪织物（窗帘），可为人们创造一个安静的环境。
美国麻省理工学院和威斯康辛大学研究人员，合作开发了一种特殊纤维织物，只要施加电压让其产生震动，就能达到抑制噪音的目的。图为雅加达一家餐厅在窗户上安装临时窗帘。示意图。
先前有报告指出，有三分之一的美国人（1亿多人）和40%的欧洲人暴露在危险的噪音中。世界卫生组织更将那些不必要的噪音，视为需要关注的公共卫生问题，因为这些噪音的威胁经常被低估，它可能导致许多短期和长期的健康问题。例如，睡眠障碍、听力障碍、心血管疾病、工作和学习表现不佳等。
为了抑制噪音水平，使用主动和被动解决方案，成为目前主流的解决方法。其中一种为“主动降噪”，主要应用在耳机和耳塞领域。“被动降噪”则用于较大规模的体积上（房间内），利用高声阻抗材料去反射或吸收声音，以达到减少噪音的出现，材料通常使用岩石、天然或化学品做成的纤维和泡沫。
不过，这些材料对于低频噪音的效果并非都很好，往往需要1.5～10公分厚的隔音材料层才能产生效果。另外，有些材料不仅价格昂贵，且对环境和美学产生影响。为此，人们需要轻薄紧凑、高效、美观且能抑制声音的材料，以满足这个庞大的需求。
这次，美国麻省理工学院（MIT）和威斯康辛大学（UW）等机构的研究人员进行跨学科合作，开发了一种特殊纤维做成的丝绸织物，只要施加电压让其产生震动，就能达到抑制噪音的目的。该研究报告于4月初发表在《先进材料》杂志上。
研究人员先研制出压电纤维，该纤维由聚偏二氟乙烯和三氟乙烯混合而成，里面含有200纳米的钛酸钡陶瓷颗粒和两根铜线。随后将其固定到织物的表面，当施加电压时，这种纤维会振动，而压电材料在挤压或弯曲时会产生电讯号。
他们将6.7公分长的特殊纤维缝在直径8公分、厚130微米（µm）的圆形平纹丝织物上进行测试，当它们通电时，丝织物会发出高达70分贝（dB）的声音，起到降噪的作用。
“主动降噪”和“振动介质抑制”
为了实现直接抑制声音，研究人员利用这些振动中的两种不同形式，达到抑制声音。第一种方式是控制压电材料，让丝织物变成扬声器发出震动和声音，破坏其它不必要的干扰声音（声波），以达到“主动降噪”的目的。不过，这种方式仅在小范围内有效，就像降噪耳机一样。
基于第一种方式，研究人员想出第二种方法。该方法主要对声音传播介质（空气和物体）下手，抑制织物中的振动，以防止声音传播，因此这种抑制被称为“振动介质抑制”。
第二种方法需要将丝绸织物放在屋内与屋外共用的墙体上，控制纤维的振动，让织物保持静止减少声音的穿透，以达到隔绝噪音。这种“振动介质的抑制”可防止声音透过织物传播，非常适合用在卧室。
另外，他们在实验中发现，织物的孔隙率（空隙体积与其质量体积之比）会影响声音产生的效率。不过，起作用孔隙的大小也取决于声波的频率，因此如果频率够低，即使是孔径相对较大的织物也能有效发挥作用。
当研究人员在“主动降噪”下测试丝绸织物时，发现它可以显著降低高达65分贝（dB）的音量，这个音量与成年人交谈时的音量（70分贝）差不多。
他们还发现，若在“振动介质的抑制”模式下，此织物的振幅降低95%，可将声音传输减少75%，有望用于（如房间或汽车）降低噪音。有趣的是，这方法原则上还能无限量地降低声音。另外，它还可以动态控制织物的声学反射率，最高可提高68%，因此可运用到运输和建筑等方面。
对此，实验人员表示，他们可以透过使用丝绸、帆布和平纹细布等常见材料，制造出在现实空间中实用的降噪织物，同时希望有更多不同的织物用来阻挡多种频率的声音，不过这可能需要复杂的讯号处理和额外的电子设备。
此外，他们希望进一步研究织物的结构，看看改变压电纤维的数量、缝合方向或施加的电压等因素以提高性能。
论文的主要作者格雷斯‧杨（Grace Yang）博士对该校的新闻室表示，“虽然我们可以使用织物来产生声音，但我们的世界已经有很多噪音。我们认为创造安静可能更有价值。因此我们控制这些振动阻止它们产生的噪音。”
该织物论文的资深作者、MIT材料科学与工程系和电子工程与计算机科学系教授尤尔‧芬克（Yoel Fink）说，“制造噪音比制造安静要容易得多。事实上，我们在厚墙上留出了很多空间，只为了隔绝噪音。这次实验人员格雷斯‧杨的产品使用新的机制，只要使用薄薄的织物就能创造一个安静的空间。”
这项工作的部分资金由美国国家科学基金会（NSF）、陆军研究办公室（ARO）、美国国防威胁降低局（DTRA）和威斯康辛州校友研究基金会资助。
