已经听了一百遍，只有音乐最安全
相信大家都有听音乐来排解苦恼情绪的经历。科学研究者们也认定人脑中一定存在专门的“音乐空间”，来专门掌管歌曲中悦耳信号的探测和理解。比如在2015年，麻省理工学院就通过数学分析的方法来分析了听觉皮层的扫描图像，并将活跃方式类似的脑细胞归类，找到了几乎只对音乐有反应的神经通路，不管什么类型的音乐，不管是听者真的喜欢或讨厌听到的音乐，只要音乐响起，在他们的听觉皮层某条沟壑里，一群特定的神经元总会作出回应。
*大脑对声音的6种基本反映模式，其中对音乐有单独的反应模式 图片来自：web.mit.edu
在本应享受的听歌场景中，并不是所有的声音都让人感到享受。我们仿佛中了一种只要在听歌就会受到半夜楼下的飙车、机舱里熊孩子哭闹以及X音外放BGM等噪音进攻的毒。这些“声音袭击”，它们杀伤力不及军事武器，但却一次又一次在大脑中的情绪管理员——“杏仁核”崩溃的边缘试探。听个歌都听不好，谈何幸福感！安全感！如果这些声音有插头，好想马上把它们拔掉。
*杏仁核 图片来源：wikipedia
让空气突然安静的“魔法”真的存在吗？
人的联想共情能力不容小觑，对于很多人来说，听到牙科医生手里牙钻的嗡嗡声，基本上已经和亲自被钻牙一样可怕了，顿时牙根酸全身酥腿还软，爬上治疗台都困难，更别提配合接下来的治疗过程。为了安抚病人们紧张的情绪，科技大佬们就通过滤波型最小均方(FXLMS)算法，对牙科设备产生的低频声波进行补偿，实现了有源消声，保证病人听清医生指令的同时屏蔽掉牙钻转动时发出的噪音[1]。这一点和降噪耳机的原理是一致的。
*牙科医疗FXLMS 去噪性能仿真频域图，来源：有源噪声控制在牙科治疗上的应用仿真
事实上，降噪耳机一般分为物理降噪和主动降噪两种玩法。物理降噪耳机主要通过物理方法，创造一个密闭的空间将额外的声音挡在耳机外面，或利用特殊形状的橡胶来实现类似功能。物理降噪对高频噪声有效，但阻隔低频噪声如机器运转的轰鸣，效果还是不甚理想。而且由于物理降噪“不分青红皂白”阻隔了大部分声音，佩戴者可能处于险境都不知情。耳塞就是这样的存在。
而主动降噪则“主动”得多，感应元件会“听”见你周围的噪声然后通过处理器创造出一个与噪声幅值相等、相位刚好相反的声波，两者相叠就可以将对应的声音完全抵消掉，声学中将这种现象称为叫“相消干涉“。牙科的有源消声和高端降噪耳机目前使用的都是这种 “魔法”。
*动降噪的原理。图片来源：wikipedia
这种“魔法”有限制吗？
虽然主动降噪耳机可以让你感觉与世隔绝了，但是它只能处理有规律性的噪音，比如持续的人群交谈声或机械运转的齿轮声。如果有突然的高分贝声音打破环境，如路上的车喇叭或老妈大声喊你的名字，主动降噪耳机就无能为力了，因为它并没有事先准备好反向声波来抵抗对突如其来的高频声音，所以这些噪音也能突破防守，轻易穿透耳机到达你的鼓膜。但这种“无能为力“并不一定是个缺点，毕竟戴着耳机还能听见喇叭声或老妈的怒吼，可以让自己获知突发情况及时脱离险情。本AI的求生欲还是很强的。
除了降噪耳机，主动降噪还有哪些应用？
然而大家可能并没有注意到，我们热衷于在高铁、飞机这样的公共交通工具上使用耳机或耳塞来创造一个相对安静的空间，却往往忽略了更频繁的、每天开着私人汽车通勤时所遭遇的嘈杂环境。面对这样一大块时间，人在其中的安静体验很大程度上决定着感受生活“小确幸”的质量，毕竟噪音也是导致路怒症的常见因素之一[2]。
自1989年诞生之初，雷克萨斯就开始致力于NVH（Noise、Vibration、Harshness）——对车辆的噪音、振动、声振粗糙度进行优化，其中减少噪音对驾驶者的干扰是雷克萨斯的卓越传统之一。全新ES在前代车型优秀的NVH性能基础上，更进一步采用大量隔音降噪设计和技术，令整车静谧性全面升级。
面对噪音进攻，主动出击才是王道！全新雷克萨斯ES将ANC（Active Noise Control）主动降噪技术发挥到了极致。ES通过分析外界噪音的声波频率，控制车载音响扬声器，发出与噪音相反的声波“中和”了传入驾驶室的噪音（忘了的同学自己翻前面的示意图）。这个技术的难点在于，如果反向声波有大于1毫秒的延迟（反向声波 频率没对准噪音）就会被人耳察觉，反而变成一种新噪音。
面对如此严苛的挑战，让我们来看看雷克萨斯如何抵抗乐队的“朋克袭击”。
如果说戴上降噪耳机就像被套了一个真空铁皮罐头，那么乐队主唱坐在有ANC主动降噪功能的全新ES里则是整个人钻进了这个真空铁皮罐头——拥有卓越的静谧体验。不过车辆的噪音来源的种类繁多，除了直接来自外界的噪音以外，结构声也是噪音的另一大主要来源，通常是指气流接触车身的震动、引擎震动、轮胎滚碾路面等来自车身各部件，通过车身结构传递到车厢的噪音。全新ES除了运用降噪黑科技ANC隔离直源声以外，还通过零部件来密封车体吸收结构声。
*最简单的单噪音ANC系统[3]
车窗玻璃在噪音面前看上去最“弱不经风”，一定是最先被“开刀”的部位。全新ES全系标配前侧窗双层降噪玻璃，两块厚度不同的玻璃被中间的胶膜复粘合起来，由于玻璃和胶膜这种复合材料的声阻抗不同，而噪声穿过不同的声阻抗材料会被衰减，同时双层玻璃也相当于双层屏障，噪音被大幅降低。
不过雨刷跟玻璃会直接接触啊！摩擦时会发出嘎吱声怎么办？对于全新ES来说这都不是事，当雨刷接近反向刷动点时，会自动减速，实现了卓越的静音效果。
降噪就要降到“底”，全新ES底盘还采用封闭设计，隔绝轮胎噪音、发动机噪音以及风噪。不过就算有噪音穿过玻璃来到仪表盘，接招的还有Hybrid Acoustics™️混合动力降噪技术。全新ES仪表板内消音部件通常具有三层结构——隔音板夹在两层毛毡层之间，内侧的毛毡层的性能可以根据使用部位的不同进行控制，以实现吸音或隔音。
优秀的汽车还要懂得“收”。全新ES的18寸轮毂采用空心外圈降噪轮毂设计，通过亥姆霍兹共振结构（A Helmholtz resonator structure）降低驾驶过程中的轮胎共振效应。吸收了大部分车轮产生的噪声。
不过，虽然在全新ES身上降噪技术被运用到了极致，但ANC降噪幅度还是没被升高至绝对静音的状态。毕竟雷克萨斯深谙驾驶之道——人车互动才是最高境界。安静可以为独处营造氛围，但如果连车辆的一丝“喘息”都被阻绝在外，在高速行驶时不仅会让人对这台机器的太过“理性”而感到害怕，也不能得到最初追求的那种驾驶乐趣了。
Reference：
[1] 陆 蓓, 刘 艳, & 田 琦. (2015). 有源噪声控制在牙科治疗上的应用仿真. Open Journal of Acoustics\s&\svibration, 02, 19-27.
[2] 孙红艳, 姜晓晶, & 徐洋. (2012). 噪音污染的危害及护理措施. 中华护理学会全国手术室护理学术交流会议.
[3] Kuo, S. M., & Morgan, D. R. (2002). Active noise control: a tutorial review. Proceedings of the IEEE, 87(6), 943-973.
[4]张婕鑫. 浅谈大脑中的杏仁核[J]. 临床医药文献杂志 (电子版), 2016, 3(40): 8089-8090.