降噪耳机是如何消除噪音的?

前言

清嗓子的声音,建筑施工的声音,敲键盘的声音,滴水的声音,这些声音会让你内心抓狂吗?在你因为这些噪音痛苦不堪时,我们不妨先聊聊其他解决办法,比如,降噪耳机。

降噪耳机是如何消除噪音的?


降噪耳机工作原理

它们究竟是怎么盖住那些超级讨人嫌的噪音的?

第一项专注于消除噪音的专利早在20世纪30年代就出现了,尽管这项技术首次风光亮相已经是1986年两名飞行员乘坐“旅行者”飞机开启一站式环游世界之旅的时候的事了。由于较轻的飞行员驾驶舱没有隔热设计,飞行员的座椅恰好又在发动机的正上方,不用说,那噪音肯定是相当的大。科学家为他们设计了一款降噪设备的原型产品。

不久之后,航空业、军队乃至消费者都开始采用噪音消除技术了。要了解这项技术的工作原理,我们得先介绍声音物理学的基本常识。

降噪耳机是如何消除噪音的?


声波,或者说压力波,本质上只是粒子在介质——比如空气中发生偏离所引起的机械振动。粒子受到声波的扰动就会一起挤压周围的空气,随后继续向后传播,产生一系列的波峰和波谷。传递声波的介质的密度不同,每个高压点和低压点之间的距离,也就是我们所说的振幅就会不同,每个压缩和扩张周期的时间量称为频率,也称音调。

大多数降噪设备都用到了两种技术,其中一种并没有什么技术含量。这种就是所谓的“被动降噪”技术,“复杂”程度,就跟用手捂住耳朵以形成一道密封墙差不多一个级别。

降噪耳机是如何消除噪音的?

我们的(头戴式)耳机可以做成各种特定的性状,内部还可以填充高密度泡沫或耳塞之类能够阻隔部分声波的吸声材料。这种技术经常被冠上“隔音”的名头,耳塞式耳机这种可以轻松塞进你耳道的产品则是普通的头戴式耳机之外的另一个例子。不过,要想获得较好的密封效果并不容易,因为每个人的耳朵都不一样,并非所有耳塞式耳机都能很好地贴合每个人的耳朵。

另一种降噪技术便是“主动降噪”技术。耳机内置的麦克风可以检测周围环境的声音并将其转换为电信号。新产生的声波是原来的声波翻转后,也即“反相”后的形态。两个波到达听者耳朵之前会出现重叠,彼此抵消一部分能量。这就是所谓的“相消干涉”,干涉的结果便是接近静音的状态,这样一来,你就能沉浸在你喜欢的音乐当中,或安静思考了。

降噪耳机是如何消除噪音的?


只不过,目前这种技术还没有达到尽善尽美的地步。这是因为麦克风和产生反相声波的扬声器的位置并不完全重叠。反相声波和原声波并不是百分百反相的。所以,飞行员完全听不到一丁点儿引擎的声音是不可能的,只不过,听到的是飞机引擎被消声后的声音。

在降噪设备靠近耳朵的位置内置麦克风意味着耳机只有几微秒的时间来计算反相信号,还要把消声后的环境噪音传入你的耳朵。这种降噪耳机消除低频噪音时效果很好,但对波长更短,频率更高的高频噪声就显得吃力了。

降噪耳机是如何消除噪音的?


所以,如果你想屏蔽的是人发出的噪音,狗叫声或是婴儿的哭闹声,那你就还需要上面提到的被动降噪技术。不过,一些主动降噪耳机会发出明显能听得到的嘶嘶声。这个嘶嘶声就是所谓的“噪底”,它其实是耳机内部的电子线路本身发出的一种噪声。

原来,铜线、传感器和焊剂的不均匀都会导致电子卡顿或反弹继而产生噪声,所有电子设备,无论是手机还是放大器都有这种噪声。鉴于耳机质量不一,有些新款耳机是能够最大限度地降低这种多余的噪音的,这一性能往往也体现在了耳机的价格上。

降噪耳机是如何消除噪音的?


或许,有朝一日,不用戴笨重的头戴式耳机也不用塞耳塞式耳机,你就能感受到主动降噪技术的福音。

降噪设备的应用前景

目前,一些同时配备了加速记和麦克风的汽车就已经在运用这项技术,测量不平路面发出的声音振动,降低乘客听到的噪音了。

至于在这种技术在静态环境下的应用,伊利诺伊大学的工程师们也已经着手无线信号的传播速度比声音快一百万倍这一事实有关的研究了。通过把麦克风放在离噪声源,比如喋喋不休的同事更近的地方,更准确的消声信号就能在声音到达听者耳朵之前,以比声速更快的速度传输到耳机设备里。自“旅行者”号的那次飞行以来,降噪技术已经取得了长足的进步。

总结

目前看来,一些令人振奋的突破已经指日可待。但是,如果你还是想戴着你的降噪耳机的话,那建议你每隔一段时间就把它取下来一会儿,以免错过好消息。

说到声音,“恐音症”一词的字面意思其实是“憎恶(某种)声音”。指的是特定的声音会引发负面情绪,负面念头或负面的生理反应。

那么问题来咯,哪些声音是你觉得完全忍受不了的呢?

降噪耳机是如何消除噪音的?


分享到:


相關文章: