在这个故事里,有两张图,这两张图看起来像是温度分布,但实际上,它们是在模拟声压分布的结果。这些声压,是由列车通过时车轮与铁轨之间产生的噪声。红色代表的是噪声最大的区域,而绿色、蓝色则是次之,越接近紫色,噪声就越小。两个图之间唯一的区别在于它们所使用消音板的位置不同。在比较这两张图时,我们发现,即使消音板较低,也能在更广泛的范围内保持安静。
神户制钢所和神钢建材开发制造了一种具有独特静音性能的消音板。这块试制品展示了其高效吸音的原理。我们将打开它,看看内部是什么样子。
该消音板内部有四层极薄板(见图1)。从声音源开始,从带有开孔铝板(a)到带有更细开孔铝板(b和c),最后是未开孔或铝/钢合金材料(d)。这些都是新型消音板结构的一部分,也就是上面模拟中使用到的构造。
另一方面,原有的产品在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时,都依赖于玻璃棉。而新的开发出的消音板只包含带有开孔的铝板。此外,在试制品中,每个层面的厚度和关键作用中的孔洞大小都被精确地调整:a约为1mm,b和c约为0.1mm;而b和c之间大致保持2~3mm间隔。
关于吸音原理,如同下面那幅图所示,当空气穿过这些开口并振动后,它们会产生摩擦,使得声音转化为热能。而当气流变得紊乱并形成旋涡时,由此产生的大气压力就会下降,这就是基本上的吸引原理。
此外,还有一层空气缝隙存在,以便提高吸引性能,并减少每个层面的开放空间以加快空气振动速度,从而增强摩擦效率,而未经加工过的人工材料则起到了隔离作用。
通过这样的措施,比起原来版本,该设备能够减少3~5dB(A)的声音水平,并且按照其能量计算,将声音减少至一半到三分之一左右。在确定这一设计方案的时候,模拟技术发挥了重要作用。在试制品中,我们设定了针对高频声音的情况来调整孔径及开放率等参数,从而提高了500Hz以上频段中的吸引系数(如同第3幅图所示)。
换句话说,只要改变这些条件,就可以适应所有类型的声音特性。如果我们改变每一层空气缝隙厚度的话,就会得到像第4幅图那样不同的效果。
相比之下,即使是更薄的地基也能够展现出与之前相同甚至更好的吸引性能,因此还有可能用于除了常规用途以外的地方,比如新干线铁路车辆上的装饰。如果这种应用成为了现实,那么无论你是否旅行,你都将享受一个更加宁静的一刻。