基于等离子的降噪技术可以让房间汽车和飞机安静下来 2023-07-11 

  

  洛桑联邦理工学院(EPFL)研究人员开发了一种超薄主动降噪系统,该系统使用电离空气等离子体推进系统而不是扬声器。17毫米厚(0.6 英寸)的等离子层可以阻挡20 Hz的噪声,相当于4米厚(13 英尺)的隔音墙。
  本质上,我们听到的声波是我们周围空气中的压力波,扬声器锥体是大而轻的薄膜,旨在以精确的模式推动空气以产生压力波。有源噪声消除(ANC)的想法是用麦克风测量这些压力波,然后反向生成完全相同的压力波,并通过扬声器播放它们。 压力从正压波峰被带走,并被添加到负压波谷,新的波或多或少地消除了旧波的存在。
  ANC在降噪耳机和汽车应用中效果良好,声学环境得到合理控制,聆听点也相当容易定位。 它在房间范围内也能很好地工作——不过,如果您想消除低频、长波长的低音,您将需要一整面墙的扬声器来做到这一点。
  但是,如果您的扬声器可以是超薄的片材而不是一堆笨重的锥体呢?EPFL声学小组决定测试基于等离子的离子扬声器的降噪能力,这种扬声器薄、轻、简单且制造成本低。
  这些扬声器的工作原理类似于离子推进系统,利用电场将周围空气电离成等离子体,从而产生带正电和带负电的粒子。 然后这些离子被磁力加速,并推动周围空气产生压力波。 通过改变施加的电压,可以立即改变推动的空气量。
  EPFL团队于2020年发布了一个基于等离子的扬声器,该扬声器使用穿孔金属板制成,金属板后面不远处有线圈。
  这些东西不会挑战一套好的扬声器锥体的保真度。但它们对电压变化的反应非常灵敏,因为在开始移动空气之前没有相对较重的扬声器膜可以移动。
  “我们希望尽可能地减少膜的影响,因为它很重,”洛桑联邦理工学院声学小组的博士后、《自然通讯》上发表该项新研究的第一作者斯坦尼斯拉夫·谢尔盖耶夫(Stanislav Sergeev)解释道,“但是什么东西可以像空气一样轻呢?空气本身。 我们首先电离电极之间的空气薄层,我们称之为等离子声学金属层。现在带电的相同空气颗粒可以立即响应外部电场命令,并有效地与设备周围空气中的声音振动相互作用将其抵消。”
  研究团队发现这些等离子扬声器在消除高频方面反应灵敏且高效。 但他们还证明,它们可以完全有效地消除低频声音——这很有趣,因为低音再现并不是这些离子扬声器的强项之一。
  例如,20 Hz大致是人类听觉装置的低频极限。该音符的波长非常低,在空气中的波长为17m(56英尺)。如果您想使用传统的降噪泡沫或吸音墙来减弱20 Hz声波,则需要大约4 m(13英尺)厚的材料。等离子声学元层系统可以在厚度仅为波长的千分之一,即17毫米(0.6 英寸)的情况下完全消除该波。
  洛桑联邦理工学院声学小组的高级科学家 Hervé Lissek 表示:“100%的传入声音强度被金属层吸收,没有任何反射回来。这个概念最奇妙的方面是,与依赖多孔散装材料或共振结构的传统吸声器不同,我们推出了一种全新的吸声机制,可能在空间和重量很重要的噪声控制方面开辟新领域,尤其是在低频下。”
  洛桑联邦理工学院已将基于等离子体的技术授权给瑞士公司Sonexos该公司正致力于将其商业化到广泛的应用领域。
  Sonexos首席执行官马克·唐纳森(Mark Donaldson)在一份新闻稿中表示:“等离子技术在降低噪声和增强各种内部环境(包括车辆和飞机机舱、办公空间和家庭)声学方面的巨大潜力让我们感到非常兴奋。当我们领导开发和商业化工作时,我们很荣幸能与洛桑联邦理工学院杰出的工程师团队合作。”
  它看起来是一种非常便宜、有效、可靠和方便的消除噪声的方法,距离商用阶段还有很长的路要走,显然,现实世界中的事情比实验室中的事情要复杂得多,但这种事情有可能让生活变得更好。(逸文