基于等离子体的降噪系统

EPFL（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的研究人员开发了一种有效的超薄有源降噪系统，该系统使用电离空气等离子体推进系统代替传统扬声器。17毫米厚（0.6英寸）的层可以阻挡20Hz的噪声，能达到一堵4米厚（13英尺）墙一样的效果。

基本上，我们所听到的声波是我们周围空气中的压力波，而扬声器的锥体是一种大而轻的薄膜，可以用精确的方式推动空气，从而产生压力波。主动降噪（active noise cancellation，ANC）是用麦克风测量这些压力波，然后反过来产生完全相同的压力波并通过扬声器播放，通过正负相抵来进行降噪。

在耳机和汽车中使用ANC效果很好，因为这些地方的声学环境得到了合理的控制，监听点也容易定位。ANC技术在房间里也能很好地工作——即使你想消除低频、长波长的低音，需要一面墙的扬声器来做到这一点。

但如果你的扬声器是超薄的薄片，而不是一堆沉重的锥体呢？EPFL声学小组决定测试等离子体离子扬声器的降噪能力，这种扬声器薄、轻、简单、造价低廉。

这些扬声器的工作原理类似于离子推进系统，利用电场将周围空气电离成等离子体，产生带正电和负电的粒子。然后这些离子被磁加速，它们推动周围的空气，产生压力波。通过改变施加的电压，可以瞬间改变空气被推进的量。

EPFL团队在2020年发布了一段视频显示了一个基于等离子的扬声器，它由穿孔金属板制成，后面有一小段距离的线圈。

这些东西不会挑战一套优秀的传统扬声器的保真度。但它们对电压变化的反应非常灵敏，因为在你开始移动空气之前，没有相对较重的扬声器薄膜需要移动。

“我们希望尽可能减少膜的影响，因为它很重。”EPFL声学小组的博士后Stanislav Sergeev解释说，他也是发表在《自然通讯》上的一项新研究的第一作者。“可是什么东西能像空气一样轻呢？空气本身。我们首先电离电极之间的一层薄薄的空气，我们称之为等离子体介质金属层。同样的空气颗粒——现在是带电的，可以立即响应外部电场指令并有效地与设备周围空气中的声音振动相互作用，以抵消它们。”

研究小组发现，这些等离子扬声器在消除高频方面反应非常灵敏，效率很高。同时他们也证明了它们可以完全有效地消除低频声音。

例如，20 Hz大致是人类听力设备的低频极限。这个频率很低，它在空气中的波长是17米（56英尺）。如果你想用传统的降噪泡沫或吸音墙来减弱20赫兹的声波，你需要有大约4米（13英尺）厚的材料。而等离子体金属层系统完全抵消只需要波长的千分之一，即17毫米（0.6英寸）。

EPFL声学小组的高级科学家Hervé Lissek说：“金属层完全吸收了入射声，没有任何反射。”

“这个概念中最神奇的方面是，与传统的依赖多孔体材料或共振结构的吸音器不同，我们的概念在某种程度上是无形的。我们已经公布了一种全新的吸声机制，可以使其尽可能薄和轻，在空间和重量的噪声控制方面开辟了新的领域——特别是在低频。”

EPFL已经将基于等离子体的技术授权给瑞士Sonexos公司，该公司正在将其广泛应用于商业化。

Sonexos首席执行官Mark Donaldson在一份新闻稿中表示：“等离子技术在降低噪声和增强各种内部环境声学方面的巨大潜力，包括车辆和飞机机舱、办公空间和住宅。”“由于我们领导开发和商业化工作，我们很荣幸与EPFL杰出的工程师团队合作。”

该研究在Nature Communications开放获取。

信息源于：newatlas