Активный контроль шума

Активный контроль шума ( ANC ), также известный как шумоподавление ( NC ) или активное снижение шума ( ANR ), является методом снижения нежелательного звука путем добавления второго звука, специально предназначенного для отмены первого. Концепция была впервые разработана в конце 1930 -х годов; Более поздние работы по развитию, которая началась в 1950 -х годах, в конечном итоге привела к авиакомпаний коммерческим гарнитурам , и технология стала доступной в конце 1980 -х годов. Технология также используется в дорожных транспортных средствах, мобильных телефонах , наушниках и наушниках.

Объяснение

Звук - это волна давления , которая состоит из чередующихся периодов сжатия и разрешения . Динамик с шумоподавлением излучает звуковую волну с той же амплитудой , но с перевернутой фазой (также известной как антифаза ) относительно исходного звука. Волны объединяются, чтобы сформировать новую волну, в процессе, называемом помехи , и эффективно отменяют друг друга - эффект, который называется разрушительным помехи .

Современное управление активным шумом обычно достигается с помощью аналоговых цепей или цифровой обработки сигналов . Адаптивные алгоритмы предназначены для анализа формы волны фонового слухового или неаратурного шума, а затем на основе конкретного алгоритма генерируют сигнал, который будет либо сдвиг фазы, либо инвертирует полярность исходного сигнала. Этот инвертированный сигнал (в антифазе) затем усиливается, и преобразователь создает звуковую волну, непосредственно пропорциональную амплитуде исходной формы сигнала, создавая разрушительные помехи. Это эффективно уменьшает объем воспринимаемого шума.

Динамик с шумоподавлением может быть совпадает с ослабленным источником звука . В этом случае он должен иметь тот же уровень мощности звука, что и источник нежелательного звука, чтобы отменить шум. В качестве альтернативы, преобразователь, излучающий сигнал отмены, может быть расположен в месте, где разыгрывается звуковое ослабление (например, ухо пользователя). Это требует гораздо более низкого уровня мощности для отмены, но эффективно только для одного пользователя. Шумовая отмена в других местах сложнее, так как трехмерные волновые фронты нежелательного звука и сигнал отмены могут соответствовать и создавать чередующиеся зоны конструктивных и разрушительных помех, снижая шум в некоторых местах при удвоении шума в других. В небольших закрытых пространствах (например, пассажирское отделение автомобиля) глобальное снижение шума может быть достигнуто с помощью нескольких динамиков и микрофонов обратной связи , а также измерение модальных реакций корпуса.

Приложения

Приложения могут быть «1-мерными» или 3-мерными, в зависимости от типа зоны для защиты. Периодические звуки, даже сложные, легче отменить, чем случайные звуки из -за повторения в форме волны.

Защита «1-мерной зоны» проще и требует, чтобы только один или два микрофона и динамики были эффективными. Несколько коммерческих применений были успешными: наушники с шумоподавлением , активные глушители , анти- хранилища , извлечение вокала или центрального канала для караоке-машин и контроль шума в воздуховодах кондиционера. Термин «1-мерное» относится к простой пирожной взаимосвязи между шумом и активным динамиком (механическое снижение шума) или между активным динамиком и слушателем (наушники).

Защита 3-мерной зоны требует много микрофонов и динамиков, что делает ее более дорогим. Снижение шума легче достигнуто с одним слушателем, оставшимся неподвижным, но если есть несколько слушателей или если один слушатель поворачивает голову или движется по всему пространству, то задача по снижению шума становится намного сложнее. Высокочастотные волны трудно уменьшить в трех измерениях из-за их относительно короткой длины волны аудио в воздухе. Длина волны в воздухе синусоидального шума примерно при 800 Гц вдвое превышает расстояние от левого уха среднего человека к правому уху; ^{[ 1 ]} Такой шум, исходящий непосредственно с передней части, будет легко уменьшен активной системой, но поступление со стороны будет иметь тенденцию отменяться на одном ухе, а также укрепляется, что делает шум громче, а не мягче. ^{[ А ]} Высокочастотные звуки выше 1000 Гц имеют тенденцию отменяют и непредсказуемо непредсказуемо со многими направлениями. В целом, наиболее эффективное снижение шума в трехмерном пространстве включает в себя низкочастотные звуки. Коммерческое применение трехмерного шумоподавления включает защиту самолетов и интерьеров автомобилей, но в этих ситуациях защита в основном ограничивается отменой повторяющегося (или периодического) шума, такого как индуцированный пропеллер или роторный шум. Это связано с тем, что циклическая природа двигателя облегчает применение анализа и шумоподавления.

Современные мобильные телефоны используют мультимикрофонную конструкцию, чтобы отменить окружающий шум от речевого сигнала. Звук захватывается из микрофона (ы), наиболее дальнего от рта (сигнал шума) и из одного ближайшего ко рту (желаемый сигнал). Сигналы обрабатываются для отмены шума от желаемого сигнала, создавая улучшенное качество голоса.

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

Активный по отношению к контролю шума

Управление шумом является активным или пассивным средством сокращения выбросов звука, часто для личного комфорта, экологических соображений или юридического соответствия. Активный контроль шума - это снижение звука, используя источник питания. Пассивный контроль шума-это снижение звука за счет изоляции шума, таких как изоляция, звукопоглощающая плитка или глушитель , а не источник питания.

Активная отмена шума лучше всего подходит для низких частот. Для более высоких частот требования к интервалу для свободного пространства и зоны методов молчания становятся непомерно высокими. В системах акустической полости и на основе воздуховодов количество узлов быстро растет с увеличением частоты, что быстро делает активные методы управления шумом неуправляемыми. Пассивные обработки становятся более эффективными на более высоких частотах и часто обеспечивают адекватное решение без необходимости активного контроля. ^{[ 2 ]}

История

Первый патент на систему контроля шума- патент на США 2 043 416 -был предоставлен изобретателю Полу Луга в 1936 году. Патент описал, как отменить синусоидальные тона в воздуховодов путем внесения фазы волны и отмены произвольных звуков в регионе вокруг громкоговорителя путем инвертин полярность. ^{[ 3 ]} В 1950 -х годах Лоуренс Дж. Фогель запатентовал системы, чтобы отменить шум в вертолете и кабинах самолета. В 1957 году Уиллард Микер разработал рабочую модель активного контроля шума, применяемой к круговой наушке. Эта гарнитура имела активную полосу пропускания затухания приблизительно 50–500 Гц, с максимальным ослаблением приблизительно 20 дБ. ^{[ 3 ]} К концу 1980 -х годов стали доступны первые коммерчески доступные наушники с активным шумом. Они могут питаться батареями NICAD или непосредственно из системы питания самолетов.

Смотрите также

Примечания

^ Средняя голова 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 в половине этой частоты, 800 Гц, имеет длину волны в два раза длиннее. Один такой тон, исходящий со стороны, появится на двух ушах на 180 градусов из фазы - одно ухо по сравнению с другим. Активный тон контроля шума, поступающий под другим углом, не сможет ослаблять исходный тон в обоих ушах одновременно.

Ссылки

^ Мойлан, Уильям (2006). Понимание и создание микса: искусство записи . Фокальная пресса. п. 26. ISBN 0-240-80755-3 .
^ «Активный контроль шума» (PDF) . Medialab . Декабрь 2005 года. Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 года.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Urquhart, Ryan L. (24 апреля 2002 г.). «Оценка улучшенного микрофона с активным шумом с использованием речевой разборчивости и тестирования на основе производительности, ND» (PDF) . HDL : 10919/27111 . Архивировано из оригинала 2015-10-26 . Получено 2020-09-23 .

Внешние ссылки

BYU Физики тихие вентиляторы на компьютерах, офисное оборудование
Anti-Noise, успокоив окружающую среду с активной технологией отмены шумоподавления , IEEE потенциалы , апрель 1992 г.
FAQ ANC Кристофера Э. Ракмана (эта страница была создана в 1994 году и сохранилась примерно до 2010 года, но больше не активна.)
Волны молчания: Digisonix, Active Control и цифровой революцию архивировали 2016-03-04 на The Wayback Machine

[2] Средняя голова 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 в половине этой частоты, 800 Гц, имеет длину волны в два раза длиннее. Один такой тон, исходящий со стороны, появится на двух ушах на 180 градусов из фазы - одно ухо по сравнению с другим. Активный тон контроля шума, поступающий под другим углом, не сможет ослаблять исходный тон в обоих ушах одновременно.

[1] Мойлан, Уильям (2006). Понимание и создание микса: искусство записи . Фокальная пресса. п. 26. ISBN 0-240-80755-3 .

[3] «Активный контроль шума» (PDF) . Medialab . Декабрь 2005 года. Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2012 года.

[auto-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Urquhart, Ryan L. (24 апреля 2002 г.). «Оценка улучшенного микрофона с активным шумом с использованием речевой разборчивости и тестирования на основе производительности, ND» (PDF) . HDL : 10919/27111 . Архивировано из оригинала 2015-10-26 . Получено 2020-09-23 .

[ 1 ]

[ А ]

[ 2 ]

[ 3 ]