在这里,有两幅图像。初看之下,它们似乎是在展示温度分布,但实际上,这些图像是在模拟声压分布的结果。要知道,这种声压指的是列车通过时,车轮与铁轨之间产生的噪音。当列车经过时,红色区域代表着噪声最为强烈,而绿色、蓝色的区域则依次减弱,最接近紫色区域的噪声最小。在这两幅图中,只有设置在车辆左右侧消音板不同。通过对比这两幅图,我们惊讶地发现,在更广泛范围内,消音板较低的上一张图显示了一个更加安静的状态。
神户制钢所和神钢建材开发共同研发的一款具有独特降噪性能的消音板,其试制品如同照片所示。可高效吸收声音的原因隐藏于该消音板内部。让我们深入探索其内部结构,看看它是如何实现高效吸收的声音。
内部结构由四层极薄板组成(见图1)。从声音源一端开始,从带有开孔铝板(a)到带有更细开孔铝板(b、c),再到未开孔铝板或钢板(d)。这些就是上述模拟使用过新型消音盘具备的一种构造。
另一方面,下一幅图使用的是原有的产品,该产品用于吸收直线传播的声音以及防止墙壁或车辆反射声音进行扩散。这部分被称作“吸音部分”,其中填充了玻璃棉。而新开发出的消音盘仅配备了带有开孔的铝版。在试制品中,可以看到每个部件都精心设计:a约为1毫米厚度,b和c约为0.1毫米厚度;而它们间隔大致为2至3毫米。
这种技术背后的科学原理可以用以下方式来解释:当空气因为受到声波压力而振动,并穿过这些微小开放口时,它们会产生摩擦,将声音转化为热能。此外,当气流因紊乱而形成旋涡时,不同的地方就会出现不同的压力变化。这是基本上的降噪原理。
此外,每个层之间还设有一定的空气缝隙,以利用前后两个开放口处产生的大量差异提高其降噪能力,同时也使得每个打开口变得更小,使得空气振动速度加快,从而增加摩擦并提高降噪效果。而那些没有任何打开口的地方,则起到了隔绝作用。
通过实施这些措施,比起原始产品,该新的设计将能够减少3至5分贝(A)以上的声音水平,即按照能量计算,将其减少到原来的一半至三分之一。此外,由于拥有先进模拟技术,这样的构造对于500赫兹以上频率区段尤其有效,如同第三张图片所示那样提升了在这个高频区段中的吸纳系数(见第3页)。
相反,如果改变这些参数,就可以适应各种不同的环境特性。例如,对于空气缝隙这一参数进行模拟,我们可以看到改变每一个缝隙宽度都会导致完全不同的结果,如第四张图片所示那样展示出来。
与采用玻璃棉作为材料的小型化版本相比,即便是较薄的情况,也能够展现出与之前相同甚至更佳的人类感知到的降低水平,因此不仅适合常规应用,还可能被用于其他场合,比如火星列车上的整体布置。如果这个想法得到实现,无论是通勤还是旅行,都将享受更加宁静的心境空间。