高鐵已成為人們必不可少的交通工具，復(fù)興號(hào)高鐵持續(xù)運(yùn)營(yíng)速度達(dá)350公里每小時(shí)，輕松實(shí)現(xiàn)日行萬里。越來越多的人們將高鐵作為出行的首選交通工具。

　　（圖/千庫網(wǎng)）

　　Part.1

　　高鐵上噪聲的來源

　　高鐵噪聲的來源有受電弓噪聲、車頭空氣動(dòng)力噪聲、車輛上部空氣動(dòng)力噪聲、車輛下部噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲等，比如我們“耳熟能詳”的鋼軌摩擦聲就屬于其中一種。

　　對(duì)這些高鐵運(yùn)行而產(chǎn)生的噪聲，我們既無法讓車輪與車廂分離，也無法讓風(fēng)停止歌唱，只能戴上耳機(jī)，可是長(zhǎng)時(shí)間帶耳機(jī)，會(huì)使耳朵堵得疼，腦袋夾得疼。

　　怎么辦？

　　科學(xué)家們研制了一種降噪頭靠（未來的一種特殊頭靠枕），可以進(jìn)行主動(dòng)降噪，降低高鐵噪聲中的低頻部分。

　　大家都看過《西游記》，劇中，為了防止唐僧被妖怪抓走，孫悟空會(huì)畫一個(gè)保護(hù)圈，只要唐僧呆在圈內(nèi)就能不受妖怪騷擾。

　　降噪頭靠示意圖

　　（視頻/中科院聲學(xué)所）

　　科研工作者們也可以在高鐵中為乘客“畫”一個(gè)保護(hù)圈。

　　中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員研究了一種降噪頭靠，降噪頭靠可以形成一個(gè)保護(hù)區(qū)，學(xué)名是降噪?yún)^(qū)域，只要乘客們?cè)诮翟雲(yún)^(qū)域，聽到的噪聲會(huì)減小，從而可以免受噪聲“妖怪”的干擾。

　　降噪頭靠實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)圖

　　（圖/中科院聲學(xué)所）

　　Part.2

　　以聲消聲，這是什么黑科技？

　　那降噪頭靠是怎樣形成降噪?yún)^(qū)的呢？

　　答案是借助揚(yáng)聲器，也就是俗稱的“大喇叭”。

　　科學(xué)家們?cè)谧沃車胖枚鄠€(gè)揚(yáng)聲器，發(fā)出特定的聲波，來抵消噪聲。就像武俠小說里的以毒攻毒，降噪頭靠是以聲消聲，利用聲波來消除聲波。

　　以聲消聲示意圖

　?。▓D/中科院聲學(xué)所）

　　以聲消聲，主要是利用聲波的相消性干涉原理，即兩列頻率相同、相位相反的聲波疊加，聲波幅值就會(huì)減小。

　　揚(yáng)聲器發(fā)出的正是與噪聲聲波相位相反的聲波，噪聲聲波與揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波疊加，該區(qū)域的聲波幅值便減小，人們聽到的聲音也減小了。

　　相消性干涉

　?。ㄒ曨l/中科院聲學(xué)所）

　　Part.3

　　高鐵噪聲種類這么多，降噪頭靠都能消除嗎？

　　高鐵噪聲雖不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生大的危害，但容易讓人產(chǎn)生煩躁情緒。為了讓乘客免受這些噪聲的干擾，我們的降噪頭靠可以兵來將擋、水來土掩。

　　由于降噪頭靠的核心控制器懂自適應(yīng)算法，所以可以對(duì)噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)不同的噪聲，設(shè)計(jì)發(fā)出不同的聲波，更好地降噪。無噪聲時(shí)，降噪頭靠是不發(fā)聲的。

　　值得注意的是，降噪頭靠降低的是高鐵噪聲中的低頻部分（屬于主動(dòng)降噪技術(shù)），噪聲的高頻部分一般使用的是吸聲材料進(jìn)行降噪（屬于被動(dòng)降噪技術(shù)）。

　　自適應(yīng)系統(tǒng)示意圖

　?。ㄒ曨l/中科院聲學(xué)所）

　　說了這么多，不如看看實(shí)驗(yàn)視頻，直觀感受降噪效果。

　　降噪實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)視頻是在中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所的半消聲室完成，視頻中降噪前聽到的噪聲是科研工作者在高鐵上實(shí)際錄制的高鐵噪聲。降噪10分貝，相當(dāng)于聲能量從100降到10。

　?。ㄒ曨l/中科院聲學(xué)所）

　　神奇的降噪頭靠通過以聲消聲，還您清靜。目前，中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了降噪頭靠的實(shí)驗(yàn)部分，讓我們期待高鐵上的降噪頭靠可以早日和大家見面！

　　參考文獻(xiàn)：

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　　出品：科普中國(guó)

　　制作：馮雨薇

　?。ㄖ锌圃郝晫W(xué)所 中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

　　監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

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