來自波士頓大學的張實驗室（Zhang Lab）最新的創新技術可能會徹底改變我們在現代社會中管理噪音的方式。他們最新的研發成果是一種寬頻聲音消音器，能夠在保持氣流的同時有效阻擋聲音，這使其成為辦公室、工廠或機場等繁忙且不可預測環境的理想選擇。這項研究由辛 張教授（Xin Zhang）領導，他在機械工程、電子工程、生物醫學工程和材料科學與工程等領域的專業背景，使得這項技術具有很高的學術價值和實用潛力。張教授及其團隊在 2019 年首次因創造一種能夠抑制特定頻率的「聲音屏障」而受到關注，而如今，他們已經超越了狹帶目標，開發出能夠涵蓋更廣泛聲音範圍的技術。
最新的設備被稱為相位梯度超開放超材料（Phase Gradient Ultra-Open Metamaterial，簡稱 PGUOM），它採用更為全面的方法來解決噪音問題。張教授表示：「PGUOM 採取了一種更智能的方法，類似於降噪耳機，有效地靜音一個廣泛的不必要聲音。」這種靈活性使得該設備特別適合現實世界中經常跨越多個頻率並快速變化的噪音環境。雖然新設計在性能峰值方面略有妥協，這在從狹帶到寬頻抑制的過程中是常見的，但它卻開啟了更廣泛的應用場景。
PGUOM 的工作原理是利用相位梯度結構將進入的聲音轉換為虛擬表面波，這些波是電磁表面等離子體的聲學等效物，然後沿著材料的表面耗散。每個材料單元由超單元組成，這些超單元又包含三個較小的單元格。第一和第三個單元格設有固體屏障，以創造特定的聲波相位移，而中央單元則保持開放，保留氣流通過結構的能力。張教授進一步解釋道：「我們的設計並不是一刀切，這恰恰是它的優勢所在。它可以根據應用需求在頻率範圍和氣流水平上進行定制。」
與早期依賴固定設計和統一單元的系統不同，這種新結構擴大了中央單元的尺寸。這一調整在不妨礙噪音減少的情況下改善了氣流，使材料在各系統中的適應性更強。研究人員對將 PGUOM 集成到商業和工業產品中充滿信心，包括通風系統、公共基礎設施，甚至是重視安靜運行的消費類環境。團隊已經從模擬轉向實體原型，並致力於精煉技術，以便進行可擴展的製造。張教授表示：「我們專注於將設計集成到特定產品和應用中，同時優化超材料的可擴展製造流程。」
未來的研究將專注於擴大消音範圍，同時保持低氣流阻力和最小的結構厚度。該項目的動機既實用又迫切，張教授指出：「長期暴露於過量噪音——相比於空氣和水污染，這一問題常常被忽視——會對人類健康造成嚴重影響。」這包括聽力喪失、壓力、睡眠中斷和心血管疾病等問題。噪音污染還影響野生動物，擾亂自然行為和生態系統。通過 PGUOM 設計，張實驗室正朝著一個更安靜和健康的未來邁進，讓聲音控制不再以通風或適應性為代價。
