可消除噪音的智能窗户 帮助阻挡街道的喧嚣

在炎热的天气里，打开窗户让微风进来是很舒服的事情。不过，如果从窗户的还包括汽车和卡车呼啸而过的刺耳声音，那么事情就变得不那么“美丽”了。

街上的噪音是一种滋扰，也可成为对健康的危害，现如今经常被认为人们放弃城市而搬到更安静的乡村居住的理由。为什么技术不能缓解这个问题呢？既然我们有降噪耳机，为什么不把窗户也降噪呢？现在，新加坡的研究人员已经为模型房创造了这样一个东西，他们正在努力通过原理证明其发明可适应真实的房间。

这个想法很简单：通过传感器接收到有规律的重复波形，比如由滚动的轮子或转动的螺旋桨产生的声音。电子学描述了波的特性，并产生了它的镜像，而后从扬声器发出第二个“反波”，最终可导致两个波的波峰和波谷抵消。

反噪声最适用于频率在300赫兹以上，高达1000赫兹的频段，所以可以想象交通的隆隆声。反噪声在有限的空间也能发挥最佳效果，因为在有限的空间里，波和它的反波一定会很好地会合，比如在耳机和耳朵之间的空隙中。然而，经过精心设计，这些音频可以帮助飞机机舱甚至汽车进行改变。在飞机上，反噪声通过附在机身上的特殊“震动器”传递；在汽车上，它通过现有的音响系统传导。

在近日发表在英国《自然》杂志上的一篇论文中，南洋理工大学的研究人员描述，该设备包括使用一个麦克风来检测传入的声音，然后使用一组扬声器来发射相同频率但相反压力模式的声波，以基本上抵消入侵的噪音。

在实际验证实验过程中，研究人员使用了 24 个扬声器，并将其固定在窗户内侧的格栅上，形成 8*3 的网格，每个扬声器的直径达到了 4.5 厘米，其中一个麦克风用来收集房间外的声音。

然后，他们在离窗户外两米远的地方放置了另一个扬声器，播放在新加坡一幢公寓楼外录制的声音，包括喷气式飞机经过时的噪声和道路交通的声音，并在房间内放置了 18 个麦克风，来检测通过窗户的噪音水平。

Photo:NTU SingaporeProf. Woon-Seng Gan of Nanyang Technological University poses with the handmade apparatus. Miniaturization could make such arrays far less apparent to the eye.

该团队的研究人员Elliott说道，“结果显示该设备系统是有效的，它的表现与关闭窗户带来的降噪效果相当。使用该设备，我们在房间里测量到噪音降低了大约 10 分贝，相当于将可感知的响度减半。”

这是一个惊人的成就，使波和反波完全抵消整个房间。电气工程师、小组组长Bhan Lam解释说，关键是噪音都是通过窗户这个相对较小的缝隙传来的。

“在某种程度上，我们把窗户的开度当作噪声源，”他告诉IEEE Spectrum。“有效地控制噪声源将使室内的噪音得到控制。”他补充说，模拟结果表明，无论房间有多大，它都应该起作用。

研究人员指出，这种设备将500赫兹以上的频率噪声降低了约一半，包括了交通和火车的噪声，但同时他们也表示，目前该设备无法很好地抵抗低频声音，例如飞机或电力变压器发出的噪音。这些声音具有更大的波长，要与之对抗，就需要更大的扬声器，然而大的扬声器会阻碍窗户的视线和气流。而且该设备对于高于1000赫兹的频谱也无效，该频率包括了鸟鸣和人声。

研究人员表示，这种消除噪音的装置可以安装在许多地方常见的窗户安全栏栅上。“我们希望这种主动噪音控制系统能鼓励人们更多地采用自然通风，同时又不会带来城市噪音增加的弊端。”

而且，目前研究人员已经对该设备进行了优化。Lam表示，它可以用于更难以预测的噪音，比如建筑机械，他们也正计划在现实环境中对他们的设备进行实地测试。

研究人员表示，在未来，该系统设备需要进一步开发，可能在5到10年内投入生产，而最先投入的可能是在炎热潮湿的环境中，例如位于赤道附近的新加坡。