普信®声学院：Mecanum隔声超材料技术助力空客降低机舱噪音。

降低噪音和振动以及优化音频系统是提升航空乘客体验感的重要组成部分，并且仍然是具有挑战性的研究课题。新的创新声学解决方案可以在不增加产品成本和重量的情况下，提高产品质量、乘客舒适度和新的差异化功能。

汉堡应用航空研究中心（ZAL）拥有欧洲最大的声学实验室之一，其飞行声学实验室中的全尺寸飞机演示器上能进行独特的振动声学的测量和验证。ZAL声学团队致力于研究飞机内部噪音（主要工作围绕声振工程集成测试与验证、新型声学材料研究和航空音频系统开发等三个课题领域和方向来展开），并在航空业拥有完善的网络来驱动该技术，同时拥有国际研究合作伙伴的强大科学背景。ZAL声学团队和空中客车公司正在研究如何采用包括声学超材料和主动噪声控制等新型技术和产品来降低机舱噪音。

亨宁·舍尔博士按下计算机上程序的启动按钮，数以百计的扬声器听起来像低音吉他，声音深沉、震撼，但也混入了更高的频率。舍尔说：“这大致相当于反向旋转开放转子的噪音水平”，他是汉堡ZAL技术中心空中客车飞行声学实验室的负责人。借助带有空中客车A320机身直径的可自由旋转的机舱演示器，正在研究噪声和振动如何在飞机结构中传播以及如何处理。舍尔说：“这不仅仅在于降低噪音，还在于如何使声音听起来更好。”

飞行声学实验室内的凯·科尚博士和亨宁·舍尔博士

像高速公路上的噪音

航空工业距汽车和电子行业复杂、精密的声音设计还有很长的路要走。尽管如此，空中客车公司数十年来一直在处理飞机舱内噪声问题。舍尔说：“对我们来说，这是我们要推进的独特卖点。”机舱声学研究的重点在汉堡声学团队，大约有40名员工致力于该课题。除了ZAL的声学实验室，该实验室的唯一租户是空中客车公司（Airbus），直到2021年，飞机制造商还在汉堡芬克威尔德隔壁的工厂里拥有自己的声学中心。ZAL机舱和系统中心的凯·科尚博士表示：“在声学方面，适用了所谓的空气传播隔声质量定律，这意味着空气传播的隔声质量每增加一倍就增加6分贝。”

主要噪声源

除发动机外，机舱中的主要噪音来源是起落架、高升力系统、机身周围的噪音以及空调和液压系统。“机舱噪声是具有音调成分的宽带噪声。A加权频谱的最大值在400到1000赫兹左右，并且取决于飞机、飞行状态和机舱位置。”凯·科尚说。乘客发现最安静的地方是机翼前面的地方，远离厨房和厕所。甚至天气也会影响机舱内的声音大小：十度的温差大约相当于一到两个分贝，越温暖越安静。通常，当前客舱巡航时的噪音水平在75至80 dB（A）之间，这相当于繁忙的高速公路的噪音。

空中客车公司已经对A350的机舱声学进行了一些飞行测试

不同的方法

有多种影响机舱声学的方法。一方面，ZAL团队正在对噪声源本身，即在发动机和其他系统上进行工作。例如，现代涡扇发动机比以前的引擎更安静，尤其是由于增加了侧流比。另一方面，抗噪声概念的实现非常复杂且昂贵，声波被相反的声波叠加并消除，庞巴迪使用了这样的系统。例如在Q400涡轮螺旋桨飞机的机舱中，该系统包括传声器、控制系统和执行器。空中客车公司也处理了此类抗噪音问题，但是成本和收益对于喷气式飞机来说是不成比例的。“在主动噪音控制方面，我们与其他行业合作伙伴合作，因为目前这对于机上娱乐系统或高级座椅制造商来说是一个更大的问题。”凯·科尚说。

专注于新材料

更安静的机舱的另一种选择是结构措施，采用性能更好的静音材料和结构，例如机身外蒙皮和机舱侧壁之间的隔音。迄今为止，已经使用了例如由玻璃棉制成的热声绝缘体。所谓的声学超材料对于将来获得更好的隔声效果会很有趣。“这些是具有较小共振结构的材料的巧妙组合，可以将其设置为特定的频率，这些超材料可以由泡沫、塑料、金属以及天然纤维组成”，凯·科尚说。

航空航天新的隔音材料

声学超材料研制也是德国-加拿大研究项目NAIMMTA（用于航空航天的新型声学绝缘超材料技术）的重点。它由ZAL和加拿大魁北克的Mecanum公司管理，成员还包括空中客车公司、绝缘材料制造商哈金森、3M公司、汉堡应用科学大学等。作为自2017年9月开始运行的为期三年的项目的一部分，全新研制的隔声超材料也将在ZAL技术中心的飞行声学实验室中进行装机试验、检查与验证。

超材料结构设计：开发一种嵌于泡沫中的可调制谐振器（PUC形状和尺寸优化）

在隔声超材料性能测试与验证中，Mecanum的声源和高频阻抗管套件、吸隔声一体化声学测试舱、插入损耗测试算法、声源识别技术、多层材料和复杂构件仿真模拟与优化技术等发挥了重要作用，为材料和结构的创新设计和大尺度验证提供了工程理论和原创技术的关键支撑。

采用Mecanum声学测试舱进行隔声超材料插入损耗测试

采用Mecanum声学测试舱和高声强便携阻抗管进行传输损耗测试

每侧222个扬声器确保正确的驾驶室声音，场中央的小盒子负责高频音调。

可单独控制的扬声器数量为444，分为两个系统，可以在围绕机身的轨道上移动它们。同时，一个麦克风系统穿过机舱，以绘制噪音。空的8.5米长的管子可以完全装有座椅、厨房和侧面板。

舍尔博士展示飞行声学实验室的扬声器元件，可以根据机身的曲率进行调整

目标是减少飞行测试

根据空中客车公司的说法，真实的测试可以在声学实验室的受控条件下进行。一方面，这应减少飞行尝试的次数，另一方面，还应改善振动声学模拟。舍尔说：“A350仍进行了许多试飞，以调查碳纤维复合材料带来的差异。”总的来说，CFRP结构的缺点是，与铝相比，由于重量轻且刚性高，因此声音传输率更高，凯·科尚说。不过，据空中客车公司称，得益于新型的劳斯莱斯Trent XWB，巧妙的结构设计和相应调整的隔音效果，A350机舱的噪音比波音787的静音机高出四倍。

汉堡ZAL技术中心

ZAL成立于2009年，是公私合营的公司，其巩固了汉堡作为仅次于西雅图和图卢兹的第三重要民航基地的地位。在九个股东中，最大的三个股东各占20％，分别是汉堡的汉萨市、空中客车公司和汉莎技术公司。由行业协会和航空航天供应商组成的ZAL友商协会拥有18％的股份。德国航空航天中心（DLR）拥有10％的股份，汉堡四所大学各拥有3％的股份。

ZAL技术中心于2016年初在汉堡-芬肯维尔德（Hamburg-Finkenwerder）开业。它在26,000平方米的可用空间中提供600个工作场所以及实验室和机库。在ZAL技术中心，成熟的商业公司、初创公司和大学共同致力于创新，并更快地将新产品推向市场。

ZAL专注于三个主要领域：飞机制造和维护、机舱和系统以及数字化。它为这些领域的工业合作伙伴提供研究服务。此外，ZAL除了提供声学实验室外，还提供各种测试基础设施，其中包括机舱和货物测试台，还包括用于燃料电池研究的实验室。