Наушники с активным шумоподавлением появились довольно давно. Ранее они использовались только в авиации, чтобы блокировать шум самолета, который очень сильно
Минутка истории
Первые наушники Bose с активным шумоподавлением
Первые патенты касательно активного шумоподавления появились еще в 1930-х годах. Однако долго не существовало возможности создать достаточно точную электронную начинку. Первые попытки сделать наушники с «шумодавом» были предприняты в конце 50-х, впервые же гарнитура с активным шумоподавлением была использована только в 80-х годах астронавтами во время полета вокруг Земли, а затем применялась в авиации. Ее изобрел профессор Амар Бозе, впоследствии он основал компанию Bose, которая одной из первых начала производить наушники с активным шумоподавлением для массового рынка.
Что такое активное шумоподавление?
Активное подавление шума (Active Noise Cancellation, ANC) – это процесс, предполагающий использование микрофона для отслеживания окружающего шума и его фильтрации в наушниках.
Активное шумоподавление достигается путем использования аналоговых или цифровых фильтров и различается по типам реализации — шумоподавление с обратной связью, без обратной связи, а также гибридное. Качественная технология активного подавления шума значительно улучшает акустические характеристики наушников и гарнитур с хорошим пассивным шумоподавлением. Но она не может компенсировать конструктивные недостатки или плохой материал амбушюр, если производитель решил на них сэкономить.
Типичный пример гарнитуры с активным шумоподавлением: беспроводная гарнитура Poly Savi W8220
Система активного шумоподавления. История и принцип работы
Музыка уже давно стала самым надежным компаньоном человека. Под любое настроение, состояние, эмоции и переживания всегда находится мелодия, которая может согреть и душу, и сердце, и мысли. О портативной музыке производители задумались еще в середине прошлого века. В 1979 году компания Sony представила первый кассетный портативный плеер Walkman TPS-L2. Спустя несколько десятилетий эта разработка была признана одним из величайших изобретений компании. В 1984 японский производитель, шагая в ногу со временем, выпускает первый CD-плеер Sony Discman D50. Летом 1998 на рынок врывается первый MP3-плеер – MPMan F10, емкостью 32 МБ. И все это время эволюцию плееров сопровождало развитие гарантов качественного и хорошего звука – наушников.
История развития системы активного шумоподавления (дальше – САШ) начинается в далеком 1934 году, когда изобретатель Пол Люг получает патент, описывающий принцип гашения синусоидальных сигналов, излучаемых громкоговорителем. В 1950 Лоуренс Фогель впервые применяет систему подавления шума в кабинах вертолетов и салонах самолетов.
До наушников САШ добралась еще в 1957 году, когда Уиллард Микер на представленной рабочей модели накладных наушников сумел отсечь шум на звуковом диапазоне от 50 до 500 Гц. Первая же серийная модель наушников с системой активного шумоподавления была представлена компанией Bose в конце 80-х и использовалась в авиации.
Bose Quiet Comfort: начало
Принцип работы САШ, с точки зрения физики, весьма прост. Любой звук представлен волной, а значит можно создать его зеркальное отражение – инвертированную волну, которая полностью сгасит исходную.
Внутри наушников, оснащенных системой активного шумоподавления, расположены микрофоны. Их задача – измерение уровня окружающего шума. Получаемый извне звуковой сигнал преобразуется в инвертированную волну и передается на основной динамик. Новая волна действуют в противофазе (за вычетом полезного сигнала – музыки) к шуму и, таким образом, сводит его звучание к нулю.
Радиоэлектронные глушилки
Далеко не всегда наши музыкальные пристрастия совпадают со вкусами соседей. Громкая музыка или «орущий» телевизор – бич многих многоквартирных домов. Нравится одному – слушают все. А если соседи еще и поклонники караоке – проблема становится еще острее. Увы, к сожалению, далеко не всегда эти «музыкальные» люди адекватно реагируют на просьбы «сделать потише». Что ж, если не удается договориться «по-хорошему», а нервы уже – на пределе, приходится принимать радикальные меры И для этого не обязательно привлекать правоохранительные органы.
Такое устройство можно как приобрести, так и сделать самому. В интернете можно найти массу схем, следуя которым можно эти глушилки электроники изготовить. Схемы могут быть как простые, так и достаточно сложные, однако принцип их работы по сути одинаков.
Re: Arduino и система активного шумоподавления
было бы хорошо, если бы смог кого нибудь заинтересовать, чтобы совместными усилиями дать свой ответ из России, япошкам своей системой шумоподавления….
Как работает активное шумоподавление в наушниках
Технология активного шумоподавления (англ. Active Noise Cancelling, Active Noise Cancellation или сокращённо ANC) применяется применяется в наушниках для снижения воздействия фонового шума на барабанные перепонки слушателя. Устроена система в целом несложно: окружающий шум поступает на встроенные в гаджете микрофоны, а специальный процессор преобразует принятую волну в противоположную фазу.
Как работает активное шумоподавление в наушниках
Внутри наушника образуются две аналогичные по длине и высоте волны, находящиеся в разных фазах. Накладываясь друг на друга, они взаимоуничтожаются. Плюс системы в том, что она никак не влияет на воспроизводимый сигнал, а только устраняет лишний фоновый шум. Благодаря этому уши меломана принимают только музыку и аннулированный сигнал, который мы не можем услышать. Но всё не так идеально…
Как работает система шумоподавления?
Работоспособность осуществляется с помощью наложения специального звука, который предварительно генерируется. Соответственно, за счет этого как раз и подавляется окружающий шум. Кроме этого, внутри изделия встроены специальные микрофоны. Именно они отвечают за измерение уровня шума в ближайшем округе. А вся система объясняется следующей последовательностью действий:
- Первым делом захватывается тот звук, который в дальнейшем будет подавляться другим.
- После чего издается звуковая волна со схожей амплитудой.
ВНИМАНИЕ! Фаза первоначального звука на этом этапе отображена точно зеркально.
- В завершении смешиваются два потока, тем самым друг друга подавляя. Таким образом, принцип основывается исключительно на физике: любое звучание может создать для себя отображение, которая и сглаживает исходную (действует исключительно по противофазе).
Представленная технология действительно способна справиться от лишнего звука, диапазон которых находится в промежутке от 100 Гц до 1 Кгц. То есть разговор посторонних людей, характерные звуки от проезжающих машин или же от улицы могут быть запросто «задавлены». Однако важно понимать, что наравне с таким количеством положительных моментов, существуют и негативные. Например то, что такая концепция подойдет не всем.
Существует небольшой процент людей, которым вовсе противопоказано применение данных изделий. При длительной эксплуатации могут возникнуть определенные боли в голове. Это возникает из-за того, что некоторое население страдает от непереносимости технологии активного подавления.
ВАЖНО! Еще одним недостатком выступает оказываемое давление на барабанные перепонки.
Это объясняется наличием «антишума», который поступает в ухо вместе с музыкой или другой записью. Таким образом, предварительно стоит провериться на переносимость данной системы, чтобы не потратить лишние денежные средства.
Типы активного шумоподавления
Как уже упоминалось, существуют три типа активного шумоподавления: система без обратной связи, система с обратной связью и гибридная система (сочетание первых двух). Система ANC без обратной связи использует основной микрофон для отслеживания внешних шумов, затем преобразует их в «анти-шум» и смешивает его с воспроизводимым аудио, обеспечивая таким образом подавление шума. Данный процесс достаточно сложен, так как инверсия фазы сложных сигналов должна учитывать задержки на прохождение шумов и рассчитывать сигнал защиты от шума так, чтобы он поступал к пользователю одновременно с шумом.
Адаптивное шумоподавление основано на способности алгоритмов фильтрации выявлять различные шумовые паттерны и подстраиваться под них.
Реализация ANC с обратной связью сопряжена с некоторыми трудностями, так как разработать систему, которая будет всегда оставаться устойчивой, довольно сложно из-за необходимости подгонки под размер наушников, а также из-за тенденции контура обратной связи приводить систему к возбуждению.
Для обратной связи требуется микрофон снаружи наушников, который будет отслеживать звук, поступающий к пользователю. Сравнив звук, пришедший к пользователю, с аудио-источником, алгоритм обратной связи выявляет шум и создает защиту, которая помогает его подавить.
Система с обратной связью эффективна в основном для подавления низких частот. Причина в том, что существует вероятность подавления части полезного сигнала, которая может быть распознана как шум. Это приводит к окрашиванию или искажению оригинального сигнала.
Причина вторая: монотонный раздражитель.
Разобравшись с тем, как действует система активного подавления шумов, дедушка Ньютон сказал бы следующее: «На силу действует противосила». Такая звуковая битва и процесс интерференции в результате приводит к требуемому результату – мы устраняем ненужный окружающий шум и можем полностью погрузиться в музыку.
Вот только есть одно «но». В результате такого постоянного шумового глушения на барабанные перепонки действуют монотонные звуковые волны. Это вовсе не означает, что мы должны слышать гул или какие-либо посторонние шумы. Мозг воспринимает исключительно разнообразие звуковых тоник конкретной аудиозаписи или трека, а вот нервная система… Действие таких вибраций – это принцип, работающий в основе системы активного шумоподавления и предугадать какой организм она приведет к тошноте и головным болям, увы, невозможно.
История продолжается
Пол Люг, не получив патента в Германии, не сдался и попытался запатентовать свою идею за рубежом — вскоре изобретение зарегистрировали в США, Австрии, Италии и Франции. Немецкие бюрократы были недовольны — несмотря на «бесполезность» идеи Люга, действия изобретателя расценили как государственную измену, и он оказывался на грани тюремного заключения. Автор отвергал все обвинения, ссылаясь на публикации в английской прессе — за пределами Германии о его изобретении стало известно еще до того, как он решил получить патент в других странах — информацию могли сообщить работники Института Генриха Герца или армейских структур, которые занимались рассмотрением патента, однако возражения ученого не сочли убедительными, и отношения Люга с немецкими властями окончательно испортились.
Карьера физика на этом рушится: ему запрещают продолжать работу в университете, публиковаться и претендовать на финансирование своей работы. В возрасте сорока лет Люг начинает изучать медицину, последние месяцы Второй мировой войны — работает в госпитале, а затем перебирается в Кёльн, женится и проводит остаток своей жизни «уважаемым и популярным врачом», так и не дождавшись признания своего изобретения из области физики.
Несмотря на историческую несправедливость и обширный список ограничений, системы активного шумоподавления не были забыты и стали для нас удобным и эффективным способом борьбы со звуком. В последние годы такие устройства совершенствуются, у них появляются новые области применения, которые, вероятно, будут освоены уже в ближайшем будущем. Так, за последние годы систему установили в конуре для собак, предложили использовать в «бесшумных» дронах, научили заблаговременно регистрировать звук и протестировали в макетной комнате.
За десятки лет со дня представления патента активное шумоподавление прошло долгий путь — от двух печатных страниц патента, которые не были восприняты всерьез и разрушили карьеру их автора, до множества устройств и приспособлений для борьбы со звуком, окружающих нас в повседневной жизни.
Не каждое изобретение меняет нашу жизнь в корне — не становится смертоносным оружием, источником энергии или лекарством от прежде неизлечимой болезни. Красивая идея, которая однажды пришла в голову Полу Люгу, довольствуется сегодня весьма скромными практическими приложениями. Возможно, время ее «взлета» впереди, а может быть, ей и вовсе не суждено взлететь — в конце концов, скромность едва ли вредит настоящей красоте.
Николай Мартыненко
Устройство подавления шума в квартире Sono
Эту систему разработал австрийский промышленный дизайнер Рудольф Стефанич. В основе принципа работы Sono лежит таже технология, которая используется в наушниках. Это маленькое устройство крепится с помощью особых присосок на окно и поглощает большую часть посторонних звуков, доносящихся с улицы.
Комплект устройства состоит из микрофона, динамика и встроенного процессора. Прижатый к стеклу динамик использует его в качестве резонатора и воспроизводит звуки в противофазе.
Зачем это нужно? Очень просто. Можно, к примеру, заблокировать шум автомобилей и коммунальной техники, но настроить прибор на пропуск звуков щебетания птиц и шелеста листвы.
Помимо этого, система Sono сможет сама воспроизводить разнообразные приятные звуки: пение китов, шелест леса, шум прибоя и тому подобное.
В 2013 году этот концептуальный проект пробился в финал на конкурсе James Dyson Award. К сожалению, купить это устройство сейчас невозможно, так как Sono пока существует только в качестве прототипа.
В данный момент автор системы ищет инвесторов для запуска устройства в массовоепроизводство.
Статичные и адаптивные фильтры активного шумоподавления
До недавнего времени производители использовали только статичные неперестраиваемые фильтры активного подавления шума. Этот универсальный метод подразумевает, что один фильтр работает для всех условий воспроизведения звука.
Сегодня в ANC используются адаптивные или перестраиваемые фильтры, которые подстраиваются под слух человека или особенности конфигурации наушников, и адаптируются к меняющейся акустической обстановке. Это позволяет улучшить функцию подавления шума для более широкого круга пользователей.
Принцип действия ANC с адаптивными фильтрами
Адаптирование – это не просто фильтрация шума. Если проанализировать окружающие шумы, то можно отметить массу их разновидностей, например звук двигателей в салоне самолета (низкие частоты), разговоры в кафе (средние частоты), музыка на концерте (очень громкий звук) и шум в библиотеке (очень тихий звук). В каждой конкретной ситуации адаптивный фильтр работает так, чтобы максимально повысить общую эффективность подавления шума. Например, в салоне самолета фильтр подавляет более низкие частоты, а в кафе – средние и т.д.
В реальности процесс адаптации сложнее, но наше описание дает общее представление о возможностях адаптивных фильтров.
Другие статьи
#Бачок ГЦС
Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления
14.10.2020 | Статьи о запасных частях
Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.
Добавить в
Без категории (16) Купить оптом (23) Для МихМихалыча (123)
Отчего зависит степень поглощения шума
Способность шумоглушителей эффективно устранять звуковые колебания зависит от нескольких факторов, которые нужно учитывать при монтаже этого оборудования:
- От размеров устройства. Стандартные размеры, которые имеет это приспособление, могут быть 60 см, 90 см и 1м 20 см.,/
- От толщины и расположения звукоизолирующего слоя.
- От скорости движения воздуха. Наилучшие показатели по устранению аэродинамических звуковых колебаний показываются на низких скоростях воздушных потоков.
- От месторасположения шумоглушительного устройства. Чем ближе оно расположено к вентилятору, тем лучше звукоизоляция в воздуховодах.