Metamaterial; Penyelesaian Inovatif Atasi Pencemaran Bunyi

Penulis: Dr. Mohd Farhanulhakim bin Mohd Razip Wee
Felo Penyelidik,
Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN), UKM

Di sebalik deru enjin kenderaan, bunyi hon yang bingit, dan jentera pembinaan yang tidak henti-henti, warga kota kini berdepan dengan satu ancaman kesihatan yang sering dipandang sepi: pencemaran bunyi. Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO) telah lama mengklasifikasikan pencemaran bunyi sebagai ancaman alam sekitar kedua terbesar kepada kesihatan selepas pencemaran udara. Ia bukan sekadar gangguan ketenteraman, malah penyumbang kepada penyakit kardiovaskular, gangguan tidur, dan tekanan darah tinggi. Selain itu, pencemaran bunyi terutama di lapangan terbang, laluan lebuhraya dan kawasan industri merupakan isu serius yang perlu ditangani segera bagi meningkatkan kualiti dan taraf hidup. Namun, di sebalik kebimbangan ini, gelombang inovasi baharu dalam kejuruteraan akustik dan perancangan bandar kini menawarkan harapan cerah untuk mengembalikan ketenangan di hutan konkrit.

Metamaterial: Penyerap Bunyi Ajaib

Penyelesaian konvensional seperti tembok konkrit tebal di tepi lebuh raya mungkin efektif, tetapi ia memakan ruang dan menyakitkan mata. Jawapan terkini saintis adalah Metamaterial Akustik dan Kristal Fononik (KF).Walaupun penyelidikan berkaitan Kristal phononik telah dimulakan sejak 1992 oleh Sigalas dan Kushwaha yang telah mengetengahkan teori asas beserta data simulasi, namun demikian, percubaan pertama secara eksperiment hanya diperlihatkan pada 1995 melalui struktur skulptur yang direka oleh E. Sempere yang terletak di Madrid seperti dipaparkan. Struktur ini mempunyai susunan berkala dalam dua dimensi yang dibina dengan menggunakan silinder berukuran beberapa centimeter diameter diperbuat dengan besi tahan karat telah menunjukkan keupayaan untuk menghalang dan merendahkan amplitud penghantaran gelombang bunyi pada frekuensi tertentu yang bukannya disebabkan oleh penyerapan gelombang oleh sifat bahan silinder tersebut (Martínez-Sala et al., 1995) . Ini kerana silinder yang diperbuat daripada besi tersebut adalah amat keras dan efisien untuk menyebabkan lantunan dan sebaran gelombang.  Justeru itu, penurunan penghantaran gelombang pada frekuensi tertentu ini adalah berpunca daripada fenomena interferens perosak yang berlaku antara beberapa gelombang yang terhasil daripada penyebaran oleh silinder yang bertindak sebagai penyerak. Frekuensi yang menghalang penghantaran gelombang akustik ini juga dikenali sebagai jurang jalur fononik.

Melalui artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature ini juga, penghalangan penghantaran gelombang ini dikaitkan dengan jurang jalur fononik telah diterangkan dimana frekuensi ini ditentukan terutamanya oleh geometri dan susunan berkala silinder tersebut.  Eksperimen ini menunjukkan potensi KF yang mudah direalisasikan tanpa memerlukan perbelanjaan kos yang tinggi dengan menggunakan bahan yang mudah didapati. Penyelidikan ini telah menjadi inspirasi bagi meneruskan lagi perkembangan KF supaya dapat dipelbagaikan lagi dalam pelbagai bidang terutamanya yang melibatkan teknologi radio frekuensi, penghadang bunyi, ultrasonik dan sebagainya. struktur tiruan yang dibina daripada sel unit berkala dengan bahan berlainan sifat mekanikalnya yang berupaya menghasilkan gelombang akustik yang berlainan yang disebabkan oleh kehadiran jurang jalur Fononik yang boleh digunakan untuk aplikasi penapisan, pemandu gelombang, pengesan dan pemultipleks. Keupayaan Kristal Fononik untuk mengawal gelombang akustik dapat digunakan dalam pelbagai aplikasi disebabkan frekuensi operasi yang besar meliputi daripada Hertz ke GigaHertz.  Keupayaan Kristal Fononik ini dapat dipertingkatkan lagi dengan elemen metamaterial yang  direka bentuk dengan struktur dalaman dengan geometri kompleks) yang mampu memanipulasi gelombang bunyi menggunakan prinsip resonans berpusat. Bahan ini sangat ringan dan telus udara, namun mampu menyekat bunyi bising sehingga 90 peratus lebih berkesan berbanding bahan tradisional. Struktur ini  membolehkan kita mencipta penghadang bunyi yang nipis, malah lutsinar, tanpa mengorbankan keberkesanannya yang bertindak seperti ‘jubah halimunan’ untuk bunyi.”

Tingkap Pintar & Pembatalan Bunyi Aktif (ANC)

Kita sudah biasa dengan teknologi Pembatalan Bunyi Aktif (Active Noise Cancellation – ANC) pada fon kepala. Kini, teknologi yang sama sedang diintegrasikan ke dalam struktur rumah melalui Tingkap Pintar. Inovasi ini menggunakan mikrofon kecil yang dipasang pada bingkai tingkap untuk mengesan gelombang bunyi luar. Sistem komputer kemudiannya akan menjana gelombang “anti-bunyi” melalui getaran pada kaca tingkap untuk membatalkan bunyi bising tersebut sebelum ia memasuki ruang tamu. Teknologi ini membolehkan penduduk bandar membuka tingkap untuk pengudaraan semula jadi tanpa perlu menahan bingit bunyi trafik di luar.

Senibina Hijau: Solusi berinspirasikan alam semula jadi

Di samping teknologi tinggi, penyelesaian berasaskan alam semulajadi (Nature-based Solutions) semakin mendapat tempat. Konsep Hutan Menenun (Weaving Forests) dan dinding hijau menegak bukan sekadar kosmetik bangunan.Tumbuhan dengan kepadatan dan jenis daun tertentu mampu menyerap, memecahkan, dan memesongkan gelombang bunyi. Di bandar-bandar maju seperti Singapura dan Milan, arkitek kini menggunakan “kulit bangunan” yang dipenuhi tumbuhan untuk mengurangkan gema jalanan sehingga 10 desibel.

Masa Depan yang Lebih Tenang

Penerapan teknologi ini memerlukan pelaburan awal yang agak  tinggi, namun kos kesihatan jangka panjang akibat pencemaran bunyi jauh lebih membebankan negara. Sudah tiba masanya Pihak Berkuasa Tempatan (PBT) dan pemaju perumahan di Malaysia mula mengintegrasikan inovasi ini dalam rancangan pembangunan, bukan sekadar membina tembok batu konkrit yang kurang berkesan untuk menangani masalah ini

Kredit foto- omni engineering