基于等离子的噪音消除技术可以让房间、汽车和飞机安静下来

来源：cnBeta
时间：2023-07-08 00:17:37

EPFL（洛桑联邦理工学院）研究人员开发了一种 100% 有效的超薄主动降噪系统，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）的层可以阻挡 20 Hz 的噪音，相当于 4 米厚（13 英尺）的隔音墙。

(资料图片仅供参考)

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，正如您在下面的视频中看到的，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，您可以立即改变推动的空气量。

EPFL 团队于 2020 年发布了下面的视频，展示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》上发表的一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 17 m (56 ft)。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。

一种薄型、简单、有效且可能便宜的隔音泡沫和墙壁替代品 Stanislav Sergeev & Mathias Delahaye/EPFL

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，可以做得像可能，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 (EPFL) 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音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音的方法，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。

该研究在《自然通讯》上是开放获取的。

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