高鐵已成為人們必不可少的交通工具，復興號高鐵持續運營(yíng)速度達350公里每小時(shí)，輕松實(shí)現日行萬(wàn)里。越來(lái)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(lái)源

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

　　對這些高鐵運行而產(chǎn)生的噪聲，我們既無(wú)法讓車(chē)輪與車(chē)廂分離，也無(wú)法讓風(fēng)停止歌唱，只能戴上耳機，可是長(cháng)時(shí)間帶耳機，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(lái)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(guò)《西游記》，劇中，為了防止唐僧被妖怪抓走，孫悟空會(huì )畫(huà)一個(gè)保護圈，只要唐僧呆在圈內就能不受妖怪騷擾。

　　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(huà)”一個(gè)保護圈。

　　中國科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗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)保護區，學(xué)名是降噪區域，只要乘客們在降噪區域，聽(tīng)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)驗室實(shí)驗圖

　　（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區的呢？

　　答案是借助揚聲器，也就是俗稱(chēng)的“大喇叭”。

　　科學(xué)家們在座椅周?chē)胖枚鄠€(gè)揚聲器，發(fā)出特定的聲波，來(lái)抵消噪聲。就像武俠小說(shuō)里的以毒攻毒，降噪頭靠是以聲消聲，利用聲波來(lái)消除聲波。

　　以聲消聲示意圖

　　（圖/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，噪聲聲波與揚聲器發(fā)出的聲波疊加，該區域的聲波幅值便減小，人們聽(tīng)到的聲音也減小了。

　　相消性干涉

　　（視頻/中科院聲學(xué)所）

　　Part.3

　　高鐵噪聲種類(lèi)這么多，降噪頭靠都能消除嗎？

　　高鐵噪聲雖不會(huì )對人產(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(lái)將擋、水來(lái)土掩。

　　由于降噪頭靠的核心控制器懂自適應算法，所以可以對噪聲進(jìn)行監測，針對不同的噪聲，設計發(fā)出不同的聲波，更好地降噪。無(wú)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)）。

　　自適應系統示意圖

　　（視頻/中科院聲學(xué)所）

　　說(shuō)了這么多，不如看看實(shí)驗視頻，直觀(guān)感受降噪效果。

　　降噪實(shí)驗。該實(shí)驗視頻是在中國科學(xué)院聲學(xué)研究所的半消聲室完成，視頻中降噪前聽(tīng)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，相當于聲能量從100降到10。

　　（視頻/中科院聲學(xué)所）

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

　　參考文獻：

　　[1]陳克安. 有源噪聲控制(第二版)[M]. 國防工業(yè)出版社. 2014.

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

　　[3]韓榮, 吳鳴, 王曉琳, 孫紅靈, 楊軍. 魯棒性有源頭枕系統的設計方法[J].應用聲學(xué),2018,37(05):664-670.

　　出品：科普中國

　　制作：馮雨薇

　　（中科院聲學(xué)所 中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗室）

　　監制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò )信息中心

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