给乒乓球扎孔，能用来隔绝噪音
图片来源：Pixabay
撰文 | 蕾切尔·伯科威茨（Rachel Berkowitz）
翻译 | 安君
持续的城市噪声可能会引发许多长期健康问题，但想要把噪声拒之门外非常困难。交通和施工的低频噪声很容易穿过墙体等固体材料，虽然可以使用专用的吸音板降低噪声，但这类建材的价格很高。近日，一项发表于《应用物理学杂志》（Journal of Applied Physics）的新研究发现，只要巧妙地结合物理学原理，生活中常见的材料同样能达到理想的效果：通过精妙的设计，扎孔的乒乓球就是一种有效的隔音材料。
法国里尔大学的声学家罗比纳·萨巴（Robine Sabat）一直在尝试利用声波在空腔内的反射改善隔音效果。声波经开口处进入空腔时，会挤压空腔内的空气并将空气排出。释放出的气体会以某个固定的频率振动，频率的高低由空腔的大小、形状，以及是否存在其他开口等多种因素决定（就像从瓶口向瓶子里吹气时发出的声音，其音高取决于瓶子的尺寸，瓶子越小音调越高）。如果采用特殊的方式来构建空腔，腔内的回声就能够相互抵消，从而减少噪声。
萨巴选择了一种便宜的材料——乒乓球。乒乓球本身的共振频率就位于低频噪声对应的频率范围内。她和研究团队给每个乒乓球都钻了5个孔，把乒乓球变成了能过滤特定频段环境噪声的共振腔。
然而，把共振球组合起来抑制更大频率范围的噪声会更加困难，因为声波之间会互相作用，影响频率的衰减。为了找到合适的组合方式，研究人员在显微镜下调整了乒乓球上孔的位置和大小，直到两个球能够组合起来捕捉多个频段的声波。他们不断重复这样的过程，加入了更多的乒乓球，再调整球上小孔的组合，直到当前的结构能够吸收较宽频率范围的噪声。
“精确设计乒乓球上的小孔确实需要花点功夫，”萨巴说。最终，研究团队将90个乒乓球组合在一起固定在有机玻璃上，与仅用一层有机玻璃相比，该装置使玻璃另一侧的低频噪声减少了50%。
英国索尔福德大学的声学家奥尔加·乌姆诺娃（Olga Umnova，未参与这项研究）评价道：“这项设计展现了良好的降噪能力，特别是对于500赫兹以下的噪声（这一频率范围的噪声与长期健康影响的关联最为密切）。”同时，她补充道，接下来很重要的一步，是在真实使用场景中与更简单的常见方案进行系统比较和评估，比如双层有机玻璃。目前计算机模拟结果估计，相比于双层玻璃，乒乓球组合加有机玻璃的隔音效果提高了30%。萨巴团队希望这项新技术经过简单调整后，也能够用于解决其他的声学问题，比如将声波集中以改善音乐会的声音质量。
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