WikiDer > Активный контроль шума

Active noise control
Графическое изображение активного шумоподавления

Активный контроль шума (АНК), также известен как шумоподавление, или активное шумоподавление (ANR), это метод уменьшения нежелательных звук добавлением второго звука, специально предназначенного для отмены первого.

Объяснение

Звук - это волна давления, состоящий из чередующихся периодов сжатие и разрежение. Динамик с шумоподавлением излучает звуковую волну с таким же амплитуда но с перевернутой фазой (также известный как противофаза) к исходному звуку. Волны объединяются, чтобы сформировать новую волну в процессе, называемом вмешательство, и эффективно компенсируют друг друга - эффект, который называется деструктивное вмешательство.

Современный активный контроль шума обычно достигается за счет использования аналоговых схем или цифровая обработка сигналов. Адаптивные алгоритмы предназначены для анализа формы волны фона. слуховой или неауральный шума, затем на основе определенного алгоритма генерируют сигнал, который либо сдвигает фазу, либо инвертирует полярность исходного сигнала. Этот инвертированный сигнал (в противофазе) затем усиливается, и преобразователь непосредственно создает звуковую волну. пропорциональный до амплитуды исходного сигнала, создавая деструктивные помехи. Это эффективно снижает громкость воспринимаемого шума.

Громкоговоритель с шумоподавлением может быть расположен рядом с источником звука, который будет ослабленный. 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 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 является более сложной задачей, 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 обратной связи. микрофоны, а также измерение модальных откликов корпуса.

Приложения

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 динамиков для эффективной работы. Несколько коммерческих приложений были успешными: наушники с шумоподавлением, активный глушители, анти-храп устройства, извлечение вокала или центрального канала для караоке машины, 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 единственный 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 на частоте приблизительно 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 3-D 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 цикличность двигателя облегчает применение анализа и подавления шума.

В современных мобильных телефонах используется конструкция с несколькими микрофонами для подавления постороннего 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.[нужна цитата]

Активный и пассивный контроль шума

Контроль шума является активным или пассивным средством снижения уровня шума, часто для личного комфорта, защиты окружающей среды или соблюдения законодательства. Активный шумоподавление - это снижение звука с помощью источника питания. Пассивный шумоподавление - это снижение звука с помощью шумоизолирующих материалов, таких как изоляция, звукопоглощающая плитка или глушитель а не источник энергии.

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

1936 - изобретателю Полу Люгу был выдан первый патент на систему шумоподавления. Патент США 2043416 . В патенте описывается, как подавлять синусоидальные тоны в каналах путем сдвига волны по фазе и подавления произвольных звуков в области вокруг громкоговорителя путем изменения полярности.[4]

1950-е годы - с Патент США 2,866,848 , Патент США 2,920,138 , Патент США 2,966,549 от Лоуренс Дж. Фогельсозданы системы подавления шума в кабинах вертолетов и самолетов.

1957 - Уиллард Микер разработал бумажный дизайн и рабочую модель активного шумоподавления, применяемого к околошумящим наушникам. Эта гарнитура имела активную полосу затухания примерно 50–500 Гц с максимальным затуханием примерно 20 дБ.[5]

1986 – Дик Рутан и Джина Йегер использовал прототип гарнитуры, построенный Bose в их кругосветный перелет.[6][7]

1992 - Японский рынок Nissan Bluebird стал первым в мире автомобилем, проданным с установленной системой ANC. Эффект был ограничен, и оставалось еще двадцать лет, прежде чем такая технология получила широкое распространение в автомобилях.[8]

Смотрите также

использованная литература

  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 больше. Один такой звук, 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 г. Архивировано с оригинал (PDF) 26 апреля 2012 г.
  4. ^ «Оценка усовершенствованного микрофона с активным шумоподавлением с использованием тестирования разборчивости речи и производительности, н.о.» (PDF). Архивировано из оригинал в 2015-10-26. Получено 2020-09-23.
  5. ^ «Оценка усовершенствованного микрофона с активным шумоподавлением с использованием тестирования разборчивости речи и производительности, н.о.» (PDF). Архивировано из оригинал в 2015-10-26. Получено 2020-09-23.
  6. ^ Специальный доклад на непрофессиональном языке для 75-й юбилейной встречи Акустического общества Америки, май 2004 г. В архиве 9 мая 2007 г. Wayback Machine
  7. ^ Избавьтесь от шума: Учебный центр Bose В архиве 19 февраля 2012 г. Wayback Machine
  8. ^ Хансен, Колин; Снайдер, Скотт; Цю, Сяоцзюнь; Брукс, Лаура; Моро, Даниэль (2012), Активный контроль шума и вибрации, второе издание, CRC Press, стр. 3, ISBN 9781482234008

внешние ссылки