一段极其简单、却清晰可辨的、由几个单音组成的旋律雏形,如同拨开迷雾的晨钟,在实验室里响了起来!虽然音色还有些生硬的电子感,音调也略显单薄,但那旋律的骨架,已隐约可辨——《友谊万岁》开头的几个音符!
“总谐波失真(THd)多少?”陈教授强压着激动问。
“目标频率段内,THd…0.75%!”实验员的声音带着难以置信的惊喜。
“0.75%!”林野和陈教授几乎同时喊了出来,随即相视大笑,用力握紧了拳头。实验室里爆发出热烈的掌声。这低于0.8%的失真度,意味着合成出的乐音纯净度极高,几乎听不出电子设备常见的毛刺感和杂音!理论,被冰冷的实验数据证实了!
回到莫罗戈罗灼热的铁路工地。回忆的思绪被王磊的询问打断:“林工,压电片…真能扛得住火车轮子?那力道可是千吨级的!”
林野的目光扫过那些封装好的压电阵列模块,语气坚定:“问得好。这就是为什么封装材料和粘接工艺是最高机密。”他拿起一个模块,指着那层看似普通的黑色环氧树脂,“这里面掺了纳米级的增韧剂和耐磨颗粒。粘接用的是龙国航天级别的特种胶,固化后比钢铁本身还耐冲击剪切。”他又指了指钢轨腰部预先铣出的、深度仅有几毫米的精密凹槽,“模块嵌入这里,顶面与轨腰齐平。车轮碾过时,压力被整个轨腰均匀承担,模块本身承受的是极小比例的振动能量。最关键的是,”他加重了语气,“压电片不是靠车轮直接撞击发声,而是感应轮轨摩擦激发出的、我们需要的125-250Hz特定频率振动,将其作为‘电源’,再主动叠加发出我们编程好的纯净乐音!它是个极其精密的‘振动-发电-发声’微型工厂,藏在钢轨的‘皮肤’下面。”
王磊似懂非懂地点点头,但眼中的疑虑并未完全散去:“道理我懂,林工。可…在实验室是一回事,在这大野地里,又是风又是土,火车咣当咣当的…”
“所以需要最严苛的现场实测。”林野站起身,目光投向远方已经完成安装的数百米试验段,“调试组准备好了吗?”
“就等您了!”
试验段中央,架设起了临时的监测帐篷。里面,复杂的仪器闪烁着各色指示灯:多通道高精度振动传感器(ICP加速度计)像钢铁壁虎般吸附在钢轨不同位置;阵列式高保真声学麦克风精确指向轨道;核心是一台功能强大的实时频谱分析仪和与之相连的压电阵列控制器。林野亲自坐镇,陈教授也通过加密卫星链路远程在线。
第一次测试,由一台空载的工程轨道车低速通过。
轨道车缓缓驶入试验段。
“振动传感器激活!频谱分析启动!”林野紧盯着主屏幕。
屏幕上,瀑布流频谱图剧烈波动起来。代表轮轨摩擦能量的宽频带噪音占据了大部分区域。但在125-250Hz的“黄金窗口”内,预想中的基频能量峰清晰显现!虽然背景噪音比实验室大得多,但关键频段的信噪比依然足够!
“压电阵列,启动!注入《友谊万岁》第一小节基准音序列!”林野下令。
操作员迅速键入指令。
几秒钟后,通过帐篷外的高品质监听音箱,传来了一阵奇异的声响:在轨道车车轮与钢轨持续的“哐当…哐当…”背景噪音之上,几个极其纯净、带着明显电子合成音色、但音高异常准确稳定的单音,如同几颗闪亮的星辰,顽强地穿透了噪音的夜幕,清晰地跳跃出来!
“do - Sol ---”(《友谊万岁》起始旋律)
“出来了!真的出来了!”帐篷里爆发出一阵压抑的欢呼。王磊也瞪大了眼睛,满脸不可思议。
但林野和陈教授却同时皱起了眉头。
“音色太‘电子’了!冰冷,缺乏情感共鸣。”陈教授的声音从扬声器里传来,一针见血。
“而且音量偏弱,被背景轮轨噪音压住了。”林野补充道,他迅速调阅着实时THd数据,“THd 1.2%,超标了。背景噪音对压电片的拾振和发声都有干扰。”
接下来的日子,成了与噪音和失真搏斗的战场。调试组如同最精密的钟表匠,反复调整着:
压电阵列的驱动算法:不再是简单的合成正弦波,而是引入了基于实测钢轨共振特性的音色建模算法,使电子音更接近钢轨自身的“嗓音”特质,增添温暖感。
主动降噪(ANC)补偿:利用振动传感器实时捕捉轮轨强干扰噪音的频谱特征,在压电片驱动信号中生成反相声波进行部分抵消,提升信噪比和纯净度。
增益与动态范围优化:根据不同速度下列车激发的振动能量强弱,动态调整压电片的发声增益,确保旋律音量适中且稳定,不被淹没也不突兀。
粘接工艺微调:确保每一片压电模块与钢轨的振动传导达到最佳耦合状态。
调试是枯燥而痛苦