降噪耳机如何降噪？

在高铁和飞机上，我们经常会碰到小孩子啼哭、吵闹的情况，这种环境相信大部分人都是难以忍受的。

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有一种产品能够很好地缓解这个问题，那就是降噪耳机，降噪耳机可以说只要一戴上，世界立刻就清净了。

降噪耳机之所以那么神奇，是因为它用到了声波的“叠加原理”，利用声波之间的干涉现象，抵消了外部噪音。

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我们知道，声波本质上是介质在进行机械振动，初中物理课本告诉我们，声波一般是纵波，但是为了方便理解，我们在这里用横波进行讨论。

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横波的形状，我们可以粗略地理解为正弦波，有波峰和波谷。

如果有两束波传播到同一个地方，这个地方的声音介质要如何运动呢？它的运动满足波的叠加原理，介质在某处的运动情况等于若干束波在该地振动情况的叠加。

譬如，波峰遇到波峰或者波谷遇到波谷时，该地的运动幅度就是两束波的振幅相加，如果是波峰遇到波谷，这个地方的运动幅度就会减小，就是两束波的振幅相减。

这种若干束波打到同一个地方会产生叠加效果的行为，就叫作波的干涉现象。

降噪耳机的原理正是利用了波的干涉。

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两束完全一样的声波打到你的耳朵里，如果是波峰和波峰相遇、波谷和波谷相遇，你听到的音量就是原来的四倍，因为声音的能量与声波振幅的平方成正比，振幅变成两倍，能量就是原来的四倍。

如果是波峰跟波谷相遇，就正负相抵，这个声音的振幅是0，你就会觉得非常安静，因为声音被完全抵消了。

降噪耳机不光有喇叭，还有一个麦克风，这是为了捕捉周围的噪音。

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捕捉到噪音的信息以后，再经过耳机内部芯片的处理，就会向你的耳朵发出一个反相位的声波。

所谓反相位，就是它发出的声波跟外部噪音的声波振动情况刚好相反，这样的话，外部声波的波峰进入你耳朵时，就会遇到一个跟它振动情况完全相反的声波波谷。

同理，外部声波的波谷进入你耳朵时，会遇到一个跟它振动情况完全相反声波的波峰，这样一来，耳朵最后接收到声波的强度就被大大削弱了，所以你会觉得特别安静。

但实际使用中，降噪耳机并不能100%消除外部噪音，这其实是产品设计的选择，并非技术上做不到。

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如果外界的声音消除得太多，可能会影响我们的安全，譬如你在过马路的时候戴着降噪耳机，如果连周围来车的鸣笛声都听不见的话，会非常危险。

总的来说，降噪耳机是用来削弱外部背景噪音的，它对于嘈杂的声音会选择屏蔽，但是对于那些比较清晰的声音，如音乐声、鸣笛声，反而不会做过多的处理。

来源：严伯钧《了不起的物理》第四章 降噪耳机如何降噪？