降噪百年

“降噪”一直以來都是件大事。

畢竟，人們的耳朵時刻都在被自然界各種波頻影響著，特別是脆弱的聽覺神經，根本經不住自然和人為噪聲“電閃雷鳴”般的組團造作。

于是，人類開始主動出擊，探索聲音的規(guī)律，用科技降服噪聲。

把腦袋藏進“頭套”

進入20世紀，工業(yè)的景觀拓展蔓延，工廠、機械，加之天上地下絡繹不絕的交通機器進入社會生活空間，造成了一種普遍的“噪聲污染”，干擾著人們的生活起居。

最先耐不住性子、萌生降噪想法的，就是被譽為“科幻雜志之父”的發(fā)明家雨果·根斯巴克。為了幫助人們應對公共場所、公共住宅里噪聲不斷的問題，他決定設計一款極具科幻感的“防分心頭盔”。

基于“只要裹得夠嚴實，噪聲就影響不到”的考慮，雨果·根斯巴克在一個橢圓體的巨大頭罩上開出呼吸孔，并在眼睛位置開窗裝上兩片透光玻璃，再把自己的腦袋“藏”進去，遠看就像電影《星球大戰(zhàn)》里全副武裝的達斯·維達。

雨果·根斯巴克的隔音設想十分淳樸，只不過是基于聲音的物理特性，通過笨重的軟木、厚實的毛氈來阻斷聲音的傳播，也就是我們常說的“被動降噪”。然而，嘈雜的聲音并沒有被完全隔絕在外，反倒是讓人“頭重腳輕”，在辦公、寫作時“如臨大敵”、不敢分心。

正因為此，他的設計最終沒能實現(xiàn)商業(yè)化。不過，他那天馬行空的發(fā)明創(chuàng)造，給了人們“馴服”噪聲以啟迪：“有沒有一種可能，讓我們的耳朵不再艱難忍受引擎轟鳴、機器嗡鳴和交通鳴笛？”

人們開始逐漸理性地理解聲音的規(guī)律，以及“噪聲”與人之間的關系，在探求解決方案的過程中，推動了降噪技術由簡到繁的發(fā)展。

用噪聲打敗噪聲

當鄰座的小孩突然哇哇大哭，半夜的哈士奇突然受到“神秘感召”而嚎叫，自習時隔壁“卷王”同學無休止的打字聲……這時，頂著黑眼圈的疲憊現(xiàn)代“社畜”們發(fā)覺“這個耳朵也不是一定得有”，噪聲覺成了自己生活幸福指數(shù)暴跌發(fā)“綠”的元兇巨惡。

人們還發(fā)現(xiàn)，通過戴上耳機播放音樂來隔絕噪聲，效果并不算很好，規(guī)律音符夾雜著無調性噪聲若隱若現(xiàn)的“奪命連環(huán)吵”，好似經歷了煉獄難度的“聽覺測試”，使得腦袋里一團漿糊。

可以說，純粹用隔絕、抵消的方式讓噪聲消失，多半是殺敵一千自損八百。降噪的“東風”還得用巧智借來。

20世紀70年代，飛機上都配備了好似大塊頭管狀聽診器的氣動耳機。乘客可以通過它聽音樂、看影片。美國麻省理工學院電子工程學教授Amar G. Bose在飛機上試帶耳機時發(fā)現(xiàn)，它不但不降噪，還將飛機引擎聲與播放的影音內容混雜在一起，產生新的噪聲。這次體驗激發(fā)了Amar G. Bose的發(fā)明熱情：“這些噪聲既然堵不住、避不開，那么，為什么不能‘先發(fā)制音’，主動降噪呢？”

彼時，美國科學家勞倫斯·福格爾（Laurence Fogel）發(fā)明的“主動噪聲抵消系統(tǒng)”給了Amar G. Bose靈感，“如果能在耳機元件上裝載這類能抵消‘低頻噪聲’的工作系統(tǒng)，就可以讓聽覺免受噪聲的侵擾。”

經過10年的苦心研究，Amar G. Bose于1989年成功研發(fā)了世界上第一款商用主動降噪耳機。這款耳機在“主動降噪”技術的基礎上，融合了德國物理學家赫曼·馮·亨爾斯的“共振音叉原理”，讓麥克風捕捉從外部環(huán)境襲來的噪聲，通過計算確定能抵消它的反向相位聲波，再用揚聲器播放，如此來消除噪聲。Amar G. Bose的主動降噪“原方程”掀起了一場全球降噪技術革新，讓人們真正從被降噪變?yōu)檠芯柯晫W規(guī)律，主動出擊秒殺噪聲。可謂是“用魔法打敗魔法”。

從“耳周”走向空間

20世紀80年代，主動降噪技術進入“量產投入”時代。其中，主動降噪耳機屬于尖端技術發(fā)明，最早被應用在軍事領域。而來自軍方的豐厚資源投入，也逐步讓這種基于“耳周”的聲音調控技術在更新迭代中修煉到了“爐火純青”的地步。

隨著技術的不斷更新，已是全美最大的揚聲器企業(yè)的Bose應用降噪新技術，打造了Headset X 和 TriPor等數(shù)款主動降噪耳機，并進入航空、陸戰(zhàn)等軍用市場。這些耳機不僅性能“抗打”，而且在實戰(zhàn)中有很高的應用價值。僅美國軍方就靠降噪耳機節(jié)省了高達2億美元的噪聲致殘補償費。

2001年之后，應用于“耳周”的降噪技術逐步走入大眾生活，讓人們在現(xiàn)代快節(jié)奏生活圖景中，找到一份屬于自然界的平靜、安寧。

現(xiàn)在人們使用的降噪耳機，多半基于Amar G. Bose當年應用在耳機元件上的主動降噪系統(tǒng)，只不過加上了一些能“預判”“偵察”噪聲的功能。比如，耳機在收集到噪聲樣本后，雙饋式主動降噪技術通過制作聲音模型，對下一段噪聲聲波的波形進行“預判”，排列好反向聲波后，等一個合適的時機，將襲來的噪聲“一擊命中”。

同時，降噪耳機體積也越做越小，設計更貼合人體的耳廓生理結構，貼耳式、入耳式、頭戴式等耳機種類繁多，各技術流派奇招頻出，確保能掌握噪聲戰(zhàn)場的“作戰(zhàn)先機”，并增加耳機的應用場景。

如今，人與噪聲的戰(zhàn)斗，從“兵來將擋水來土掩”的陣地戰(zhàn)，轉向有規(guī)模、講部署的“控音”空間戰(zhàn)，“耳周”技術也開始向空間魔法快速進階。人們不再僅僅關注作為聲音信號接收端的耳朵，而是開始從聲音的傳播環(huán)境、空間的角度進行系統(tǒng)考慮。

例如，人們開始在車廂里營造一個揚聲器組成的自主聲波“戰(zhàn)場”，以此得到一個“此處無戰(zhàn)事”的噪聲真空域，通過設計多個揚聲器，疊加多個細致的算法模型，配合協(xié)調作業(yè)制造聲波場，確保路上噪聲可以無死角被抵消。

此外，“開放空間聲場主動控制技術”的研究也已被提上日程。人們希望能利用空間聲場重構、空間多區(qū)域聲場控制兩方面的技術，加快在任意空間內控制聲音，實現(xiàn)“四境清明”的環(huán)境智能降噪。

目前，空間主動降噪技術還停留在“術業(yè)有專攻”的階段，抑制效果還并不明顯，但系統(tǒng)、算法潛能不小，發(fā)展空間也很大。相信，在不遠的將來，我們不僅能真正在物理上馴服噪聲，解決日益嚴重的噪聲污染問題，還能按照個人喜好，自主訂制個性化空間聲音頻率，打開獨屬于聲音的新興消費市場有望打開。

編輯/王盈