在这个故事里,有一个农村的排污水管理问题。这里有两张图,展示了不同的解决方案。第一幅图看起来像是温度分布,但实际上,它是声压分布的模拟结果。这里的声压就是列车通过时产生的噪音。当列车经过时,车轮与铁轨之间会发出巨大的噪声,这个噪声最大处呈红色,其次是绿色和蓝色,最小的地方近乎紫色。在这两幅图中,只有消音板设置不同。
让人意外的是,即使消音板较低,在更广泛的范围内显示出安静状态。这就引出了神户制钢所和神钢建材开发出的消音板,它们具有独特的静音性能。下面是一张试制品照片,这些可高效吸收声音的原因藏在其内部。
打开内部,我们发现有四层极薄的铝板(如图1)。从声音来源开始,每一侧都依次布置带开孔、带细开孔以及未开孔铝板或钢板(a-d)。这些构造也是上述模拟使用到的新型消音板设计。
第二幅图使用的是原有的产品,而新开发出的消音板只包含带开孔铝板。在试制品中,可以看到每一层铝板和玻璃棉都是关键环节。而且,b和c之间大约为2-3mm不等,而a约为1mm,b和c约为0.1mm。这就是吸音原理,如同图2所示,当空气穿过开口时,就会产生摩擦将声能转化为热能。此外,由于气流紊乱而形成旋涡可以降低压力,从而提高吸音效果。
此外,还有一层空气隔离,使得前后相邻部分产生了压力差,从而进一步提高了吸油性能,并减少了开口大小,以增加摩擦并提高效率。而d则起到了隔断作用。
通过这些措施,比原产品多减少了3到5分贝的声音水平,以及减少了一半到三分之一的声音强度。在确定这种结构的时候,对模拟技术非常重要,因为它帮助我们了解哪种参数最适合特定的环境条件,比如改变高频区中的参数,如500Hz以上,以提升整个系统中的吸油系数(见图3)。
反过来说,只要改变这些条件,我们就可以适应任何环境下的声音特性。如果我们调整空气层厚度,就会得到如同图片4所示完全不同的效果。
与使用玻璃棉比起来,即使采用更薄的一块材料,也能够发挥相同或更高级别的人工喧嚣能力,因此还希望用于其他通常没有安装喧嚣壁的情况。此外,如果这样的应用成为现实,那么无论是在工作还是旅行中,都将享受到更加安静的一刻。