让声音消失的奇妙魔法背后是什么?

作者: 菊小马

来源: 果壳网

发布日期: 2017-03-17

本文详细介绍了车辆噪音的来源、传播路径以及减少噪音的三大铁律:密封、隔离与吸收。同时,文章还探讨了多层玻璃和ANC主动降噪技术在车辆隔音中的应用,以及这些技术如何共同作用于车辆,营造一个安静的驾驶环境。

开车很吵?噪音太大?关上车窗玻璃呢?再打开ANC主动降噪系统呢?当一辆“神奇”的汽车,遇上了一台聒噪的鼓风机。即便窗外风声雷动,随着车窗的慢慢摇上,你会发现车外的声音正在逐渐“消失中”。

声音消失的神奇原理是什么?都在这支视频里啦!片尾最后还有一个关于声音的小彩蛋。果壳AI邀请你,用手机单声道扬声器和耳机各听一遍,看你能否发现关于它的小秘密?

若你使用的是IPHONE7及7 PLUS手机,公放时请按照以下路径设置手机单声道扬声器:设置→通用→辅助功能→点开“单声道音频”;带上耳机收听时请关闭“单声道音频”。

喜欢车辆工程的同学多半都听说过NVH——对车辆的噪音、振动、声振粗糙度的优化环节。由于声音就是一种空气的振动,所以这对本家总被放在一起研究。车辆的噪音来源的种类繁多——气流划过车身、引擎运转震动、轮胎滚碾路面、窗外车流的轰鸣……但从声音的传播路径来看,倒是简单的多,什么噪音都逃不开两种类型:直达声与结构声。直达声就是振动直接通过空气进入车内(如开着的

车窗、车门未密封处的风噪);结构声则先振动车身各个部件,然后通过车身结构传递,最终振动车厢内的空气(如底盘路噪、机舱的设备运转声)。

所以,车辆减噪的基础始终遵循三大铁律:密封、隔离与吸收。密封是最有效减少直达声的手段,想象一下车窗闭合瞬间的惬意就能明白。而隔离是通过特殊的设计与结构,另车身结构之间更难传递传递振动。吸收嘛,顾名思义,既然车内空气已经振动了起来,那就做点什么让它更快的衰减下去,减少这些声音的叠加共振。一些特殊材料、技术的采用能同时做到这几个要点,比如更高级的车窗玻璃。

作为车辆外壳最容易穿透噪音的部件,普通的单层车窗玻璃已经满足不了日益苛刻的NVH要求,舍得本钱的厂商开始在侧面车窗上配置隔音更强的多层玻璃。多层玻璃并不是“好几层玻璃叠起来”,而是通过复杂的工艺,把内外两块玻璃“面子”用复合材料的“里子”粘合起来。

中间的复合材料常被粗略的称为胶层,名字虽土,却是隔音性能提升的关键——这个复合材料夹层的声阻抗和玻璃的声阻抗有相当大的差异,内外玻璃层也厚度不一,振动经过不同声阻抗的材料时,会产生复杂的反射与衰减,从而让玻璃具有了更强的吸收振动、分散频谱的能力。就纯粹的隔音能力而言,单层玻璃换装同厚度的多层玻璃可以提高1-1.5倍的隔音能力,当然代价也是惨痛的……大约3倍左右的部件成本。

所以虽然多层胶合玻璃已是非常年迈、成熟的技术,车厂往往只用在更重要的前档风玻璃上,车侧多层玻璃都是高级车才能享受的选配。

东风日产西玛内使用ANC静谧空间技术及高强度双层夹层隔音玻璃。当然了,除了这种不停的加料加料加料、变厚变厚变厚、吸收吸收吸收的土豪套路,隔音降噪领域近年又开始玩起了新科技——ANC,即主动降噪技术。它的原理很简单,用车载的喇叭系统产生一个反向的噪音去“中和”掉车内噪音。

但这一技术真正的困难在于,对噪音的准确采样的同时(敲黑板,划重点——“同时”很重要啊同学你记下来没有还在看手机?)播放出反向音频。大于1毫秒的回放延迟(反向声波没对准)就会引发人耳的察觉,延迟再大便会适得其反的变成一种“新噪音”。另外,这其实也导致ANC对非规律性的突发噪声(比如碎石路面行驶、旁边车辆大声外放土摇、女朋友在车内撒泼等)抵御能力较差。

对准后成功叠加抵消的例子。没对准的声波叠加后,变成了一种更复杂诡异的噪声。所以优秀的ANC技术会结合实时的降噪监控与反馈系统,甚至深度学习技术,主动预测噪音变化,自动且准确的调整反向音频的播放,让噪音消除的效果最佳化。明白为什么主动降噪耳机如此高价了么?技术积淀在这个领域非常重要。

这项技术在汽车上的应用,就像把降噪耳机从耳朵上拿开换成了身边的扬声器,相对有限的空间和更大的扬声器,使整个车内空间都成为安静的“comfort zone”。比如视频中的东风日产西玛,在ANC技术开启的过程中,车内噪音降低了3dB左右,不要小看这个数字的变化,分贝的计算并不是简单的加减,而与功率比值相关,降低1dB的噪音,相当于功率降低了20%,而降低10dB则相当于90%的功率降低①。

东风日产西玛结合双层玻璃等材料阻隔噪音,同时结合ANC主动降噪技术,为车辆营造了安静的舒适环境。理论上,足够强大的ANC是可以做到80%以上(6-7dB)的噪音消除,但这么大幅度的降噪真的合适么?降音真的是越低越好?在一个优秀的NVH工程师的眼中并非如此。驾驶始终是一种人和车的相互交流,如果刻意的去除车速、外界环境带来的种种噪声、振动与干扰,人便会被疏离于路况之外,开上200km/h而不自知。

即使撇开一触即发的安全因素,这时的机械会给人带来一种难以信赖的恐惧感。

聪明人从不把事做绝,残留一些柔和且不恼人的噪音、振动,反而更能给你以科技的美感,不是么?备注:本篇所有测量值均为A计权。参考资料:于治会. (2001). 分贝的表示方法及运算法则. 航空兵器(2), 45-48.

UUID: f2515841-e68d-492b-a1ec-c6ced14af99f

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/果壳公众号-pdf2txt/2017/2017-03-17_让声音消失的奇妙魔法背后是什么?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0050 元