Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Графическое изображение активного шумоподавления

Активный контроль шума ( ANC ), также известный как шумоподавление ( NC ) или активное шумоподавление ( ANR ), представляет собой метод уменьшения нежелательного звука путем добавления второго звука, специально разработанного для подавления первого. Эта концепция была впервые разработана в конце 1930-х годов, более поздние разработки, начавшиеся в 1950-х, в конечном итоге привели к созданию гарнитур для коммерческих авиакомпаний, технология которых стала доступной в конце 1980-х годов. Эта технология также используется в дорожных транспортных средствах и в мобильных телефонах.

Объяснение [ править ]

Звук - это волна давления , которая состоит из чередующихся периодов сжатия и разрежения . Динамик с шумоподавлением излучает звуковую волну с той же амплитудой, но с инвертированной фазой (также известной как противофаза ) по сравнению с исходным звуком. Волны объединяются, образуя новую волну в процессе, называемом интерференцией , и эффективно нейтрализуют друг друга - эффект, который называется деструктивной интерференцией .

Современный активный контроль шума обычно достигается за счет использования аналоговых схем или цифровой обработки сигналов . Адаптивные алгоритмы предназначены для анализа формы волны фонового слухового или неаурального шума, а затем на основе конкретного алгоритма генерируют сигнал, который либо сдвигает фазу, либо инвертирует полярность исходного сигнала. Этот инвертированный сигнал (в противофазе) затем усиливается, и преобразователь создает звуковую волну, прямо пропорциональную амплитуде исходной формы волны, создавая деструктивные помехи. Это эффективно снижает громкость воспринимаемого шума.

Громкоговоритель с шумоподавлением может быть расположен рядом с источником звука, который необходимо ослабить.. В этом случае он должен иметь тот же уровень мощности звука, что и источник нежелательного звука, чтобы подавить шум. В качестве альтернативы, преобразователь, излучающий сигнал подавления, может быть расположен в том месте, где требуется ослабление звука (например, в ухе пользователя). Это требует гораздо более низкого уровня мощности для отмены, но эффективно только для одного пользователя. Шумоподавление в других местах сложнее, поскольку трехмерные волновые фронты нежелательного звука и сигнала подавления могут совпадать и создавать чередующиеся зоны конструктивных и деструктивных помех, уменьшая шум в одних местах и ​​удваивая шум в других. В небольших закрытых помещениях (например, в салоне автомобиля) глобального снижения шума можно добиться с помощью нескольких динамиков и микрофонов с обратной связью., и измерение модальных откликов корпуса.

Приложения [ править ]

Приложения могут быть «одномерными» или трехмерными, в зависимости от типа защищаемой зоны. Периодические звуки, даже сложные, легче подавить, чем случайные звуки из-за повторения в форме волны.

Защита «одномерной зоны» проще и требует только одного или двух микрофонов и громкоговорителей. Несколько коммерческих приложений были успешными: наушники с шумоподавлением , активные глушители , устройства для защиты от храпа , извлечение голоса или центрального канала для караоке-машин , а также контроль шума в каналах кондиционирования воздуха. Термин «одномерный» относится к простой поршневой взаимосвязи между шумом и активным динамиком (механическое шумоподавление) или между активным динамиком и слушателем (наушники).

Защита трехмерной зоны требует большого количества микрофонов и динамиков, что делает ее более дорогой. Снижение шума легче достичь, если один слушатель остается неподвижным, но если есть несколько слушателей, или если один слушатель поворачивает голову или перемещается по пространству, задача уменьшения шума становится намного сложнее. Высокочастотные волны трудно уменьшить в трех измерениях из-за их относительно короткой длины звуковой волны в воздухе. Длина волны синусоидального шума в воздухе примерно на 800 Гц вдвое превышает расстояние от левого уха до правого уха среднего человека; [1]такой шум, исходящий непосредственно спереди, будет легко уменьшен активной системой, но исходящий сбоку будет подавлять в одном ухе, усиливаясь в другом, делая шум громче, а не тише. [2] Высокочастотные звуки выше 1000 Гц, как правило, непредсказуемо подавляются и усиливаются со многих сторон. В некоторых случаях наиболее эффективное снижение шума в трехмерном пространстве связано с низкочастотными звуками. Коммерческое применение трехмерного шумоподавления включает защиту салонов самолетов и салонов автомобилей, но в этих ситуациях защита в основном ограничивается подавлением повторяющихся (или периодических) шумов, таких как шум двигателя, винта или ротора. Это связано с тем, что циклический характер двигателя упрощает применение анализа и шумоподавления.

В современных мобильных телефонах используется конструкция с несколькими микрофонами для подавления внешнего шума из речевого сигнала. Звук улавливается от микрофона (ов), наиболее удаленного ото рта [шумовой сигнал (ы)], и от микрофона, ближайшего ко рту [желаемый сигнал]. Сигналы обрабатываются, чтобы устранить шум из полезного сигнала, обеспечивая улучшенное качество звука голоса. [ необходима цитата ]

В некоторых случаях шум можно контролировать с помощью активного контроля вибрации . Этот подход уместен, когда вибрация конструкции создает нежелательный шум, связывая вибрацию с окружающим воздухом или водой.

Активный и пассивный контроль шума [ править ]

Шумоподавление - это активный или пассивный способ снижения уровня шума, часто для личного комфорта, защиты окружающей среды или соблюдения законодательства. Активный контроль шума - это шумоподавление с помощью источника питания. Пассивный контроль шума - это уменьшение звука с помощью шумоизолирующих материалов, таких как изоляция, звукопоглощающая плитка или глушитель, а не источника питания.

Активное шумоподавление лучше всего подходит для низких частот. Для более высоких частот требования к свободному пространству и технике зоны тишины становятся непомерно высокими. В системах на основе акустических резонаторов и воздуховодов количество узлов быстро растет с увеличением частоты, что быстро делает неуправляемыми методы активного контроля шума. Пассивное лечение становится более эффективным на более высоких частотах и ​​часто дает адекватное решение без необходимости активного контроля. [3]

История [ править ]

Тест электронного управления шумом в Вене, 1973 г.

Первый патент на систему шумоподавления был выдан изобретателю Полу Лугу в патенте США 2043416 в 1936 году. В патенте описывалось, как подавлять синусоидальные тона в каналах путем сдвига волны по фазе и подавления произвольных звуков в области вокруг громкоговорителя путем инвертирования полярности. . [4] В 1950-х годах Лоуренс Дж. Фогель запатентовал системы для подавления шума в кабинах вертолетов и самолетов. В 1957 году Уиллард Микер разработал работающую модель активного шумоподавления, применяемую к околошумящим наушникам. Эта гарнитура имела активную полосу затухания примерно 50–500 Гц с максимальным затуханием примерно 20 дБ. [4]К концу 1980-х годов стали доступны первые коммерчески доступные гарнитуры с активным шумоподавлением. Они могли питаться от никель-кадмиевых батарей или напрямую от системы питания самолета.

См. Также [ править ]

  • Активный контроль вибрации
  • Когерентность (физика)
  • Контроль шума
  • Микрофон с шумоподавлением
  • Активный звуковой дизайн

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мойлан, Уильям (2006). Понимание и создание микса: искусство записи . Focal Press. п. 26. ISBN 0-240-80755-3.
  2. ^ Средняя длина головы составляет около 21,5 см (8,5 дюйма) от уха до уха. Предполагая, что скорость звука составляет 343 метра в секунду (1125 футов в секунду), полная длина волны тона 1600 Гц достигает от уха до уха. Тон с половиной этой частоты, 800 Гц, имеет длину волны вдвое длиннее. Один такой тон, исходящий сбоку, будет появляться в двух ушах, сдвинутых по фазе на 180 градусов - одно ухо по сравнению с другим. Тональный сигнал активного шумоподавления, поступающий под другим углом, не сможет ослабить исходный тон в обоих ушах одновременно.
  3. ^ «Активный контроль шума» (PDF) . medialab . Декабрь 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 26 апреля 2012 года.
  4. ^ a b «Оценка улучшенного микрофона с активным шумоподавлением с использованием разборчивости речи и тестирования производительности, nd» (PDF) . Архивировано из оригинала на 2015-10-26 . Проверено 23 сентября 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Физики BYU затихают вентиляторы в компьютерах, оргтехнике
  • Защита от шума, успокоение окружающей среды с помощью технологии активного шумоподавления , IEEE Potentials , апрель 1992 г.
  • Christopher E. Ruckman's ANC FAQ (Эта страница была создана в 1994 году и поддерживалась примерно до 2010 года, но больше не активна).
  • Waves of Silence: Digisonix, активный контроль шума и цифровая революция