该大学的机械工程师加法里瓦尔达瓦格（RezaGhaffarivardavagh）说：“今天隔音用的音障实际上是厚重的墙壁。”尽管被称为隔音挡板的降噪路障有助于降低高峰时段的交通高峰引起的噪音，不会太影响你听交响曲，但它们仍然是一种笨拙的方法，不太适合那些必须需要空气流通的情况。
“我们能设计一种既能阻挡噪音又能保持空气流通的结构吗？“
想象一下，如果堵住喷气发动机的排气口，飞机就永远不会离开地面。相反，在停机坪上工作的人都戴着耳塞，以防听到震耳欲聋的轰鸣声。
一个诱人的问题抛给了研究人员：“我们能设计一种既能阻挡噪音又能保持空气流通的结构吗？“
依靠他们的数学能力和3D打印技术，他们可以。这项研究成果已经发表在《物理评论》上。
喧嚣的城市生活
“我一直对声学感兴趣，”加法里瓦尔达瓦格说，他在伊朗德黑兰谢里夫理工大学完成了机械工程学士学位，后来来到波士顿大学攻读研究生。现在，在张教授的实验室里，加法里瓦尔达瓦格快要完成博士学位了。“我喜欢做一些我能听到或看到结果的事情。我可以对我们现在面临的问题产生影响。”
在来到波士顿之前，张教授和加法里瓦尔达瓦格以前都在其他大城市生活过，他们一直对波士顿的城市噪音情况感到惊奇。在波士顿，城市的嘈杂声混杂在一起，从头顶飞过的飞机、汽车、卡车和公共汽车的引擎和喇叭、MBTA手推车的隆隆声和刺耳声，以及建筑设备和电源的嗡嗡声。
“如果我们希望结构内部是开放的，那么我们必须记住，这将是声音传播的途径。”
他们说，城市生活是如此嘈杂，你必须找到一种方法来创造安静的时刻。
这让他们想到了一种一不寻常的声音挡板，它根本不是一个常规的屏障，而是一个开放的管道。这种发现只能通过开发一种具有不寻常和非自然特性的材料（称为超材料）才能实现，在这种情况下，这种材料能够对声音和声学超材料产生特别的影响。
“我从事超材料研究已经有十多年了，”张教授说，他是工程学院和光子学中心的多学科教授。“但正是加法里逐渐让我对声学和超材料结合的基本概念更加兴奋。如果你问我和我的同事，你就会知道，声学超材料是一个相对新的方向……它是未来。”
静音扬声器
Ghaffarivardavagh和Zhang他们对数学学科共同的热情激励了他们的工程事业，并使他们成为非常适合的研究伙伴，引导他们朝着一个可行的设计方向，搞清楚的声学超材料将是什么样子。
“声音是由空气中微小的振动产生的。所以，我们的目标是让这些微小的振动安静下来。“如果我们希望结构内部是开放的，那么我们必须记住，这将是声音传播的途径。”
他们计算了超材料需要具备的尺寸和规格，以便干扰传播的声波，防止声音而不是空气通过开放式结构辐射。他们说，最基本的前提是超材料的形状需要能够将传入的声音发送回它们来自的地方。
作为一个测试案例，他们决定创造一种可以使扬声器的声音静音的结构。根据他们的计算，他们建立了能够最有效地消除噪音的物理尺寸模型。为了使这些模型栩栩如生，他们使用3D打印技术来实现一个由塑料制成的开放的、消除噪音的结构。
“如果我们能在无人机的机翼下面安装这种消声开放式结构，我们就能消除向地面辐射的声音。”
实验室里试验，研究人员把扬声器密封在一根聚氯乙烯管的一端。在另一端，他们把特制的声学超材料固定在开口处。随着开始按钮的按下，实验扬声器在实验室里非常安静。站在房间里，根据你自己的听觉，你都没有听到知道扬声器实际上已经发出了一个令人恼火的高音音符。然而，如果你凝视着PVC管，你会看到扩音器的低音炮嗡嗡作响。
这种超材料，环绕着管子口的内部周界，像一个无声的按钮化身，直到伽法利瓦尔达瓦格伸手把它拔出来的那一刻。实验室突然听到扩音器的尖声回响。
“我们从第一次放置和取出消音器的那一刻开始……实际一直在日夜不停的做实验，”Jacob Nikolajczyk说，他除了是一名研究合作者和张教授的实验室的前本科生研究人员外，还是一名充满激情的声乐表演者。
“数月来，我们在计算机建模中看到了这些结果，但在计算机上看到模拟的声压级是一回事，而自己去听它的影响是另一回事。”
通过对比有无固定的超材料的声级，研究小组发现，他们几乎可以使噪音降低94%，准确地说是，人们几乎听不到从扬声器发出的声音。
展望未来
既然他们的原型已经被证明是如此有效，研究人员对他们的消声超材料如何使现实世界变得更安静有了一些重要的想法。
“无人驾驶飞机是一个非常热门的话题，”张教授表示。她说，像亚马逊这样的公司有兴趣使用无人机来运送货物，“但是人们可能对潜在的噪音非常担心。”
“罪魁祸首是机翼的运动，”加法里瓦尔达瓦格说。“如果我们能在无人机机翼下面设置消声开放式结构，我们就能消除向地面辐射的声音。”
靠近家或办公室的风扇和暖通空调系统可以从声学超材料中受益，这些材料使它们保持沉默，但仍允许冷热空气在整个建筑中无阻碍地循环。
Ghaffarivardavagh和Zhang还指出，如今用于减少交通噪音污染的隔音屏障很不雅观，并为美学升级腾出空间。“我们的结构超轻、开放、美观。他们说：“每一块砖都可以用作瓦片或砖式消音，我们可以扩大规模，建造一堵隔音、透气的消音墙。”
“消声超材料的形状，根据他们的方法，也是完全可定制的，”加法里瓦尔达瓦格说。外部零件不需要是圆形的环才能发挥作用。
他说：“我们可以把外部形状设计成立方体或六边形，或设计成任何真正的形状。”“当我们想要建造一堵墙的时候，我们会变成六边形”，就像一个露天的蜂窝结构。
这样的墙壁有助于容纳多种类型的噪音。甚至那些来自核磁共振机器的强烈振动，张教授表示 。
据医学院放射学教授斯蒂芬·安德森（Stephan Anderson）介绍，这种声学超材料可能会缩放到“适合核磁共振成像仪的中心孔”，从而在成像过程中保护患者免受声音的影响。
张教授认为，这种可能性是无止境的，因为研究人员可以定制适合几乎任何环境的降噪方法：“我们的想法是，现在我们可以用数学方法设计出一个可以阻挡任何声音的物体。”