科普文章丨高铁噪声大？用特殊声波怼回去，世界一片清净

　　高铁已成为人们必不可少的交通工具，复兴号高铁持续运营速度达350公里每小时，轻松实现日行万里。越来越多的人们将高铁作为出行的首选交通工具。

　　（图/千库网）

　　Part.1

　　高铁上噪声的来源

　　高铁噪声的来源有受电弓噪声、车头空气动力噪声、车辆上部空气动力噪声、车辆下部噪声和结构噪声等，比如我们“耳熟能详”的钢轨摩擦声就属于其中一种。

　　对这些高铁运行而产生的噪声，我们既无法让车轮与车厢分离，也无法让风停止歌唱，只能戴上耳机，可是长时间带耳机，会使耳朵堵得疼，脑袋夹得疼。

　　怎么办？

　　科学家们研制了一种降噪头靠（未来的一种特殊头靠枕），可以进行主动降噪，降低高铁噪声中的低频部分。

　　大家都看过《西游记》，剧中，为了防止唐僧被妖怪抓走，孙悟空会画一个保护圈，只要唐僧呆在圈内就能不受妖怪骚扰。

　　降噪头靠示意图

　　（视频/中科院声学所）

　　科研工作者们也可以在高铁中为乘客“画”一个保护圈。

　　中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室研究人员研究了一种降噪头靠，降噪头靠可以形成一个保护区，学名是降噪区域，只要乘客们在降噪区域，听到的噪声会减小，从而可以免受噪声“妖怪”的干扰。

　　降噪头靠实验室实验图

　　（图/中科院声学所）

　　Part.2

　　以声消声，这是什么黑科技？

　　那降噪头靠是怎样形成降噪区的呢？

　　答案是借助扬声器，也就是俗称的“大喇叭”。

　　科学家们在座椅周围放置多个扬声器，发出特定的声波，来抵消噪声。就像武侠小说里的以毒攻毒，降噪头靠是以声消声，利用声波来消除声波。

　　以声消声示意图

　　（图/中科院声学所）

　　以声消声，主要是利用声波的相消性干涉原理，即两列频率相同、相位相反的声波叠加，声波幅值就会减小。

　　扬声器发出的正是与噪声声波相位相反的声波，噪声声波与扬声器发出的声波叠加，该区域的声波幅值便减小，人们听到的声音也减小了。

　　相消性干涉

　　（视频/中科院声学所）

　　Part.3

　　高铁噪声种类这么多，降噪头靠都能消除吗？

　　高铁噪声虽不会对人产生大的危害，但容易让人产生烦躁情绪。为了让乘客免受这些噪声的干扰，我们的降噪头靠可以兵来将挡、水来土掩。

　　由于降噪头靠的核心控制器懂自适应算法，所以可以对噪声进行监测，针对不同的噪声，设计发出不同的声波，更好地降噪。无噪声时，降噪头靠是不发声的。

　　值得注意的是，降噪头靠降低的是高铁噪声中的低频部分（属于主动降噪技术），噪声的高频部分一般使用的是吸声材料进行降噪（属于被动降噪技术）。

　　自适应系统示意图

　　（视频/中科院声学所）

　　说了这么多，不如看看实验视频，直观感受降噪效果。

　　降噪实验。该实验视频是在中国科学院声学研究所的半消声室完成，视频中降噪前听到的噪声是科研工作者在高铁上实际录制的高铁噪声。降噪10分贝，相当于声能量从100降到10。

　　（视频/中科院声学所）

　　神奇的降噪头靠通过以声消声，还您清静。目前，中科院噪声与振动重点实验室已经完成了降噪头靠的实验部分，让我们期待高铁上的降噪头靠可以早日和大家见面！

　　参考文献：

　　[1]陈克安. 有源噪声控制(第二版)[M]. 国防工业出版社. 2014.

　　[2] Jorden Cheer. Active Control of the Acoustic Environment in an Automobile cabin[J]. 2012.

　　[3]韩荣, 吴鸣, 王晓琳, 孙红灵, 杨军. 鲁棒性有源头枕系统的设计方法[J].应用声学,2018,37(05):664-670.

　　出品：科普中国

　　制作：冯雨薇

　　（中科院声学所 中科院噪声与振动重点实验室）

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