在这两幅图中,初看之下仿佛是温度分布,但实际上它们是在模拟声压分布的结果。这里讨论的是列车行驶时产生的噪声,即车轮与铁轨间摩擦所产生的声音。红色区域表示声音最为强烈,而绿色、蓝色的区域则依次降低,越接近紫色区域声音就越小。比较这两幅图中的消音板设置不同,我们会发现,在更广泛范围内,上图显示了一个相对安静的状态,这让人感到意外。
值得注意的是,一种具有独特静音性能的消音板由神户制钢所和神钢建材开发。这张照片展示了该公司试制的产品。这块高效吸音材料隐藏在其内部结构中,让我们来深入了解一下为什么它能如此有效地吸收声音。
内部结构包括四层极薄的金属板(如图1所示)。从声音来源开始,每一侧都有不同的设计:带有开孔的小铝板(a)、带有更细开孔的小铝板(b和c)以及没有开孔的小铝板或钢板(d)。这些构造也是用于模拟新型消音板使用的一种设计。
另一方面,原有的产品在处理直线传播的声音并防止墙壁或车辆反射的声音扩散时,都使用了玻璃棉作为“吸音部分”。而这个新开发的消音板仅仅使用带有开孔的小铝板进行吸收。当我们观察试制品时,我们可以看到a层约为1毫米厚,b和c层约为0.1毫米厚,而两个系列之间的大致间隔是2到3毫米。
关于吸音原理,如图2所示,当空气穿过这些开口并被振动后,它们通过摩擦将声能转化成热能。此外,由于气流不规则形成旋涡导致压力下降,这也是基本上的吸音原理。在此基础上,还增加了一些空气层,以便利用穿过每个开放前后的压力差提高了其吸油性能,并且减少了每个开放,使得空气振动速度加快,从而增加摩擦力以提高效率。而未经加工的小铝版则起到了隔绝作用。
通过这种方式,该消除器比原始产品减少了3至5分贝(A)的噪声水平,即按照声能计算,那么它减少了一半到三分之一左右。
当确定该结构时,模拟技术发挥着重要作用。在设定试制品以高频波段为目标,并调整孔径及开口率等参数之后,全体消除器对于500赫兹以上高频区表现出了改善,其阻抗系数也随之提高,如同图3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。如果我们改变每个空气层厚度的事实就会得到如同图4这样的不同效果。
与原始采用玻璃棉制作出的产品相比,即使只是稍微薄弱一些,也能够展现出相同甚至更好的抑扬效果,因此还有望应用于除了普通抑扬墙以外的地方,比如可能用作高速铁路车辆身体。如果这一潜在应用成为现实,无论是在工作还是旅行期间,都将享受到更加宁静的一刻。