Как работает активное шумоподавление в наушниках. Особенности накладных наушников с активным шумоподавлением. ▐ Звук, совместимость, некоторые аспекты эксплуатации

При покупке наушников для улицы и транспорта, одной из важнейших характеристик является степень их шумоизоляции. Но насколько бы она ни была хороша, увы, невозможно изолировать все внешние шумы. Для желающих оценить все мельчайшие детали музыкального произведения в любых условиях были придуманы наушники с активным шумоподавлением, принцип работы которых и будет рассмотрен далее.

В отличие от шумоизоляции, которая сама по себе пассивна и определяется конструкцией наушников, шумоподавление подразумевает воздействие на приходящий из вне шум. Поэтому оно, собственно, и активное

Активное шумоподавление

Активное шумоподавление реализуется за счет специальной электрической схемы, встраиваемой в наушники или располагаемой на кабеле.

Разумеется, такая схема требует дополнительного источника питания, поэтому наушники с активным шумоподавлением всегда снабжены отсеком для батарей или аккумуляторов.

Сложение сигналов с разными фазами

Для понимания принципа активного шумоподавления придется немного погрузиться в понятие фазы. Если речь заходит о взаимодействии двух сигналов, фазы которых отличаются, то в первую очередь стоит рассмотреть два крайних случая (для простоты будем считать, что рассматриваются два одинаковых сигнала):

Случай 1: сигналы синфазны — т.е. оба находятся в одной фазе. Когда два таких сигнала встречаются, то они просто складываются. В каждый момент времени итоговый сигнал будет равен сумме двух исходных.

Случай 2: сигналы противофазны — т.е один сигнал перевернут относительно второго. Такие сигналы будут вычитаться.

Иначе говоря если мы сложим один и тот же сигнал в фазе с ним же в противофазе, то получим полное отсутствие сигнала, т.к. они друг друга полностью нейтрализуют (в идеале ).

Все остальные варианты, находящиеся между синфазностью и противофазностью приводят к частичному подавлению или усилению сигналами друг друга.

К чему это я так долго рассказываю вам о фазе, а вот почему:

А ктивное шумоподавление построено именно на факте взаимоподавления противофазных сигналов .

Как реализуется активное шумоподавление

Идея достаточна проста. В прослушиваемую вами музыку подмешивается шум, который берется из окружающего пространства. Этот шум улавливается встроенными микрофонами. Но фишкой является то, что фаза подмешиваемого шума изменяется на противоположную.

В итоге получается, что в ухе встречаются внешние шумы и шумы, добавленные системой шумоподавления. Из-за противоположности фаз они подавляют друг друга. Вот и всё. Не правда ли гениально?)

Реальность

Конечно, подавить шум на все 100.00% невозможно, мир не идеален. Шум на улице далекоо не такая красивая и простая волнушка. Но в сравнении с пассивным шумоподавлением разница колоссальна.

Для представления возможностей активного шумоподавления, представьте, что работая отбойным молотком настройке вы можете вполне комфортно наслаждаться музыкой, если используете наушники с активным шумоподавлением.

Какие бывают наушники с активным шумоподавлением

На сегодняшний день, наушники с активным шумоподавлением бывают как полноразмерными или накладными, так и обычными затычками.

Для лучшего шумоподавления микрофоны, улавливающие вешние шумы должны быть расположенны непосредственно на самих чашах наушников. А сигнал каждого микрофона должен подмешиваться в свой канал.

Часто активное шумоподавление реализуется в беспроводных наушниках. Это удобно, т.к. питание и часть электроники в них уже имеется, а с современными технологиями не трудно дополнить наушники парой микрофонов и лишней микросхемой.

Однако часто производители, для упрощения конструкции и сокращения затрат на производство, размещают микрофон на пульте провода. Такой вариант хуже, но активное шумоподавление все равно вносит вклад в шумоизоляцию.

Активное шумоподавление для наушников можно реализовать и собственноручно. Вариант схемы и объяснение ее работы будут рассмотрены в одной из следующих статей.

Отличного всем звука!

Данный пример демонстрирует применение адаптивных фильтров для ослабления акустического шума в системах активного шумоподавления.

Активное шумоподавление.

Системы активного шумоподавления (active noise control) применяются для ослабления распространяющегося по воздуху нежелательного шума с помощью электроакустических приборов: измерительных устройств (микрофонов) и возбудителей сигнала (динамиков). Шумовой сигнал обычно исходит от некоторого устройства, например вращающегося механизма, и имеется возможность измерить шум рядом с его источником. Целью системы активного шумоподавления является создание «анти-шумового» сигнала с помощью адаптивного фильтра, который ослабит шум в определенной тихой области. Эта проблема отличается от обычного адаптивного шумоподавления тем, что: - ответный сигнал не может быть тут же измерен, а доступна только его ослабленная версия; - при адаптации система активного шумоподавления должна учитывать вторичную ошибку распространения сигнала от динамиков до микрофона.

Более детально задачи активного шумоподавления рассмотрены в книге S.M. Kuo и D.R. Morgan, "Active Noise Control Systems: Algorithms and DSP Implementations", Wiley- Interscience, New York, 1996.

Путь вторичного распространения.

Путь вторичного распространения – это путь, который проходит «анти-шумовой» сигнал с выхода динамиков до измеряющего ошибку микрофона, находящегося в тихой зоне. Следующие команды описывают импульсную характеристику пути динамик-микрофон с ограниченной полосой 160-2000 Гц и длиной фильтра равной 0.1 с. Для этой задачи активного шумоподавления мы будем использовать частоту дискретизации равную 8000 Гц.

Fs = 8e3; % 8 КГц N = 800; % 800 отсчетов на 8 КГц = 0.1 секунды Flow = 160; % нижняя частота среза: 160 Гц Fhigh = 2000; % верхняя частота среза: 2000 Гц delayS = 7; Ast = 20; % подавление 20 дБ Nfilt = 8; % порядок фильтра % Создание полосового фильтра для имитации канала с ограниченной полосой % пропускания Fd = fdesign.bandpass("N,Fst1,Fst2,Ast" ,Nfilt,Flow,Fhigh,Ast,Fs); Hd = design(Fd,"cheby2" ,"FilterStructure" ,"df2tsos" ,... "SystemObject" ,true); % Фильтрация шума для получения импульсной характеристики канала H = step(Hd,); H = H/norm(H); t = (1:N)/Fs; plot(t,H,"b" ); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Импульсная характеристика вторичного пути распространения сигнала" );

Определение вторичного пути распространения.

Первой задачей системы активного шумоподавления является определение импульсной характеристики пути вторичного распространения. Этот шаг обычно выполняется перед шумоподавлением с помощью синтезированного случайного сигнала, проигрываемого динамиками, при отсутствии шума. Нижеприведенные команды генерируют случайный сигнал длительностью 3.75 с, а также измеренный микрофоном сигнал с ошибкой.

NtrS = 30000; s = randn(ntrS,1); % синтез случайного сигнал Hfir = dsp.FIRFilter("Numerator" ,H."); dS = step(Hfir,s) + ... % случайный сигнал прошедший через вторичный канал 0.01*randn(ntrS,1); % шум микрофона

Создание фильтра для оценки вторичного пути распространения.

В большинстве случаев для адекватного управления алгоритмом длительность отклика фильтра, оценивающего вторичный путь распространения, должна быть короче самого вторичного пути. Мы будем использовать фильтр 250 порядка, что соответствует импульсной характеристике длиной 31 мс. Для этой цели подходит любой алгоритм адаптивной КИХ- фильтрации, но обычно используют нормализованный алгоритм нахождения минимальной среднеквадратической ошибки (normalized LMS-алгоритм) ввиду его простоты и устойчивости.

M = 250; muS = 0.1; hNLMS = dsp.LMSFilter("Method" ,"Normalized LMS" ,"StepSize" , muS,... "Length" , M); = step(hNLMS,s,dS); n = 1:ntrS; plot(n,dS,n,yS,n,eS); xlabel("Число итераций" ); ylabel("Уровень сигнала" ); title("Идентификация вторичного пути распространения с NLMS-алгоритма" ); legend("Ожидаемый сигнал" ,"Сигнал на выходе" ,"Сигнал ошибки" );

Точность полученной оценки.

Как точно оценивается импульсная характеристика вторичного пути? Этот график показывает коэффициенты настоящего пути и пути, рассчитанного алгоритмом. Только конец полученной импульсной характеристики имеет неточности. Эта остаточная ошибка не навредит производительности системы активного шумоподавления во время ее работы над выбранной задачей.

Plot(t,H,t(1:M),Hhat,t,); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Определение импульсной характеристики вторичного пути распространения" ); legend("Действительная" ,"Оцененная" ,"Ошибка" );

Основной путь распространения сигнала.

Путь распространения шума, который должен быть подавлен, может быть также описан с помощью линейного фильтра. Следующие команды генерируют импульсную характеристику пути источник шума-микрофон с ограниченной полосой 200-800 Гц и имеет длительность отклика равную 0.1 с.

DelayW = 15; Flow = 200; % нижняя частота среза: 200 Hz Fhigh = 800; % верхняя частота среза: 800 Hz Ast = 20; % подавление 20 дБ Nfilt = 10; % порядок фильтра % Создание полосового фильтра для имитации импульсного отклика с % ограниченной полосой Fd2 = fdesign.bandpass("N,Fst1,Fst2,Ast" ,Nfilt,Flow,Fhigh,Ast,Fs); Hd2 = design(Fd2,"cheby2" ,"FilterStructure" ,"df2tsos" ,... "SystemObject" ,true); % Фильтрация шума для получения импульсной характеристики G = step(Hd2,); G = G/norm(G); plot(t,G,"b" ); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Импульсная характеристика первичного пути распространения" );

Подавляемый шум.

Типичная область применения активного шумоподавления – приглушение звука от вращающихся механизмов из-за его раздражающих свойств. Здесь мы искусственно сгенерируем шум, который может поступать от обычного электрического мотора.

Инициализация системы.

Самым распространенным алгоритмом для систем активного шумоподавления является LMS- алгоритм с дополнительной фильтрацией выходного сигнала фильтра перед формированием сигнала ошибки (Filtered-x LMS algorithm). Этот алгоритм использует оценку вторичного пути распространения для расчета выходного сигнала, который разрушительно влияет на нежелательный шум в области датчика измерения ошибки. Опорным сигналом является зашумленная версия нежелательного звука, измеренная вблизи его источника. Мы будем использовать управляемый фильтр с длительностью отклика около 44 мс и шагом подстройки равным 0.0001.

% КИХ фильтр используемый для моделирования первичного пути распространения Hfir = dsp.FIRFilter("Numerator" ,G."); % Адаптивный фильтр реализующий алгоритм Filtered-X LMS L = 350; muW = 0.0001; Hfx = dsp.FilteredXLMSFilter("Length" ,L,"StepSize" ,muW,... "SecondaryPathCoefficients" ,Hhat); % Синтез шума с помощью синусоид A = [.01 .01 .02 .2 .3 .4 .3 .2 .1 .07 .02 .01]; La = length(A); F0 = 60; k = 1:La; F = F0*k; phase = rand(1,La); % случайная начальная фаза Hsin = dsp.SineWave("Amplitude" ,A,"Frequency" ,F,"PhaseOffset" ,phase,... "SamplesPerFrame" ,512,"SampleRate" ,Fs); % Проигрыватель аудио для воспроизведения результатов работы алгоритма Hpa = dsp.AudioPlayer("SampleRate" ,Fs,"QueueDuration" ,2); % Анализотор спектра Hsa = dsp.SpectrumAnalyzer("SampleRate" ,Fs,"OverlapPercent" ,80,... "SpectralAverages" ,20,"PlotAsTwoSidedSpectrum" ,false,... "ShowLegend" ,true);

Симуляция разработанной системы активного шумоподавления.

Здесь мы сымитируем работу системы активного шумоподавления. Чтобы подчеркнуть разницу первые 200 итераций шумоподавление будет отключено. Звук на микрофоне до подавления представляет характерный «вой» промышленных моторов.

Результирующий алгоритм сходится примерно через 5 с (имитационных) после включения адаптивного фильтра. Сравнивая спектры сигнала остаточной ошибки и исходного зашумленного сигнала, можно наблюдать, что большая часть периодичных компонент была успешно подавлена. Однако эффективность стационарного шумоподавления может быть неравномерна по всем частотам. Такое часто бывает в реальных системах, применяемых для задач активной борьбы с шумом. При прослушивании сигнала ошибки раздражающий «вой» значительно снижается.

for m = 1:400 s = step(Hsin); % генерация синусоид со случайной фазой x = sum(s,2); % генерация шума сложением всех синусоид d = step(Hfir,x) + ... % распространение шума через первичный канал 0.1*randn(size(x)); % добавление шума, сопроводающего процесс измерения if m <= 200 % отключение шумоподавления на первые 200 итераций e = d; else % включение алгоритма шумоподавления xhat = x + 0.1*randn(size(x)); = step(Hfx,xhat,d); end step(Hpa,e); % воспроизведение сигнала на выходе step(Hsa,); % спектр исходного (канал 1) и ослабленного (канал 2) сигналов end release(Hpa); % отключение динамиков release(Hsa); % отключение спектроанализатора Warning: The queue has underrun by 3456 samples. Try increasing queue duration, buffer size, or throughput rate.

Вот вы, вы любите тишину? - А я люблю. Сколько даже не саму тишину, а отсутствие внешних раздражителей. Во время учебы, работы нужно сосредоточиться на решаемой проблеме/задаче и сделать это, когда вокруг пляшут домочадцы или по всему офису разрывается телефон, достаточно сложно… Безусловно, бывают такие моменты когда ты с особой страстью кипишь над работой, когда ты уже во влечен в процесс и ничто тебя не может отвлечь. Но что делать когда и так особого желания выполнять работу нет, а тут еще и сосредоточится невозможно? Для себя я нашел выход в лице наушниках с активной системой шумоподавления.

Начнем с того что о наушниках с активной системой шумоподавления я впервые узнал после прочтения вот
, где хабражители активно делились фотографиями и обсуждали свои рабочие места. Автор того треда упомянул о достаточно дорогих наушниках Bose QC-15 (~$500 по СНГ) поэтому была развернута операция по поиску более дешевых альтернатив. В итоге выбор пал на Audio-Technica ANC7b - наушники от известного японского производителя хорошо зарекомендовавшего себя во всем мире.

▐ Технические характеристики

Логично было бы продолжить статью описанием упаковки и комплекта поставки обозреваемого устройства, но в связи с частыми переездами за последние полгода вся комплектация была утеряна и на руках остались только сами наушники и коробка. Изначально в последней можно было найти: жесткий кейс для транспортировки (понятие не имею где я его профукал), съемный кабель (аналогично), батарейку типа ААА, адаптер для использования наушников в самолетах + переходик на 6.3 мм коннектор и пару сменных кабелей (с микрофоном и без).


Чего только стоил комплектный чехол… Ну да ладно, не будем о грустном, последние несколько месяцев я использую наушники с кабелем от Philips, который был нагло отжат вежливо одолжен мне юзером . По случаю передаю привет и обязуюсь вернуть кабель. ;)

▐ Дизайн, конструкция, удобство ношения

При первом знакомстве наушники Audio-Technica ANC7b не произвели на меня каких либо ярких впечатлений. Аскетичный дизайн из-за использования в материалах корпуса исключительно пластика, классическая форма с дуговым креплением, небольшие поскрипывания при сгибании наушников и повороте чашек. Последние имеют две степени свободы: поворот на 90 градусов по вертикальной оси и 45 по горизонтальной.


Механизм регулировки размера оголовья имеет 15 положений с шагом 3 мм. Никаких обозначений нет, поэтому предполагается, что пользователь должен единожды установить нужный размер или же каждый раз ориентироваться по щелчкам, которые издают направляющие при изменении размера.


Чашки наушников имеют средние (по отношению к другим накладным мониторам) размеры. По традиции с наружной стороны расположены логотип производителя, модель наушников и маркировка «левый-правый».


Микрофоны в нижней части чашек – это часть системы активного шумоподавления. Сюда же выведен батарейный отсек, который скрывается за фальшпанелью. Подойдут любые элементы питания типа ААА напряжением до 1.5 В.


На левом «ухе», помимо уже упомянутых элементов, находится выключатель системы АШП. Об активации последней сигнализирует ярко-синий вырвиглазный светодиод. Здесь же находиться разъем для подключения 3.5 мм аудиокабеля, но стоит отметить, что штекер с большим диаметром может не «вписаться» в данный порт.


Кстати, на оси соединяющую правую чашку с оголовьем есть небольшая рельефная точка, благодаря которой можно вслепую определить где правое, а где левое «ухо».


Амбушюры средних размеров, в меру упругие, также как и оголовье покрыты кожзамом. Наушники плотно обхватывают голову, но при этом не причиняют какого-либо неудобства.


Что касается моих личных впечатлений об удобстве, то эти строки я пишу спустя 5 (а может и того больше) часов пребывания в наушниках. За бортом зима, в комнате в районе 20 градусов - уши в комфорте. Летом, конечно, есть небольшой дискомфорт, так как уши потеют, но с другой стороны – покажите мне наушники в которых ваши уши останутся сухими в тридцатиградусную жару?

▐ Звук, совместимость, некоторые аспекты эксплуатации

Для начала не стоит пугаться сопротивления в 300 Ом. Во-первых, это показатель при выключенной системе АШП. К сожалению, значение этого параметра со включенным «шумодавом» производитель не предоставил, но судя по изменению уровня громкости в наушники встроен весьма «бодрый» усилитель.


Во-вторых, учитывая чувствительность в 109 дБ/мВт наушники даже с выключенной фирменной технологией можно использовать в паре со смартфоном или плеером. Но тут стоит учесть, что запаса по громкости не будет. Так, даже для обычного прослушивания музыки приходится выкручивать громкость на максимум. И вообще, для комфортного прослушивания музыки в данных наушниках без «шумодава» стоит обзавестись более серьезным источником, например - .

АЧХ

Что касается самого качества звучания, которое на самом деле является понятием сугубо субъективным и в идеале бы перед покупкой послушать наушники IRL , меня звук чуть более чем устраивает. Я использую наушники преимущественно дома, в паре с внешним ЦАП-ом, так что в обоих режимах не ощущаю нехватки громкости. Причем использую достаточно часто - не менее 3-5 часов в день и зачастую со включенным шумоподавлением (+звуки прибивающих природы или легкая музыка). Такой сет дает возможность полностью абстрагироваться от грохота старичка холодильника, разговоров сожителей и перемещений оных по комнате. В тоже время более громкие разговоры просачиваются, что лично для меня является плюсом.

Если бы не столь громадные размеры (на моей и так далеко не маленькой голове такие наушники смотрятся весьма плачевно), то с удовольствием катался бы с этими наушниками в метро. Суть в том, что АШП лучше всего справляется с нижними частотами, т.е. гул метро отсекает полностью, а женский голос объявляющий станции остается слышим (при условии прослушивании аудиокниги/подкаста или музыки на низкой громкости). Здесь же был замечен один из основных недостатков: за счет использования активной электроники устройство имеет свойство ловить наводки от мобильных телефонов, пусть и периодически, но данный эффект вызывает некий дискомфорт.

▐ Устройство активной системы шумоподавления

А что вообще из себя представляет система шумоподавления? Для начала нужно понимать, что шумоподавление есть как активное , так и пассивное . Последнее - это в основном прерогатива закрытых мониторных наушников. Корпуса чашек таких устройств не содержат никаких отверстий с наружной стороны, а стенки таких наушников обычно достаточно массивные и материал, из которых они сделаны, часто обладает способностью гасить звуковые колебания. Наушники с самым хорошим пассивным шумоподавлением имеют показатели 35-37 дБ.

Активное шумоподавление, в свою очередь, требует внедрения в наушники электроники. Принцип работы данной системы достаточно просто понять, даже если вы прогуливали уроки физики в школе. Звук - физическое явление, представляющее собой распространение упругих волн в определенной среде. Если еще точнее, то звук - это волна. Музыка, грохот отбойного молотка, вопли младенца - все это звуковые волны с которыми мы сталкиваемся повсеместно. Одним из основных явлений присущих волнам является интерференция.

Интерференция волн - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. (с) Wikipedia

Но каким образом система активного шумоподавления зависит от явления интерференции? - А таким, что данный способ шумоподавления основан на интерференции! Если волны приходят к точке среды (встречаются) в противофазе, то смещение частиц будет разнонаправленным, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний, т.е. звуковые колебания поступающие извне гасятся. Из-за ограничений (возможно временных, ведь прогресс не стоит на месте) накладываемых внутренней электроникой «шумодава» полностью компенсировать внешние шумы, к сожалению, не является возможным.


Именно так и работает система АШП. Специальные микрофоны, которые находятся в чашках наушников, улавливают внешние звуки, а встроенная электроника инвертирует их и добавляет в проигрываемую музыку, тем самым убирая внешние шумы.

▐ Внутренности, автономность

В последнее время модно ставить устройствам оценку за их ремонтопригодность, дабы не отставать от трендов проведем препарацию наушников, а заодно и посмотрим, что за магия скрывается в корпусе оных. Отклеиваем амбушюры:


Под тоненьким поролоновым фильтром (на фото отсутствует) находится микрофон системы АШП и динамический излучатель. Для получения объемного звука чашки наушников заполнены поролоном.


В очередной раз убеждаемся, что корпус наушников целиком и полностью изготовлен из пластика. На левой чашке расположены три винта под отвертку CR-VT8 - они удерживают фальш-панель под которой скрывается электроника системы активного шумоподавления.


Дальше-больше: печатная плата овальной формы (по клику на картинку ниже - полноразмер) занимает почти все внутренне пространство левой чашки. Грязь в районе аудиоразъёма слегка портит впечатление, но в целом все хорошо.


С обратной стороны два одиноких электролитических конденсатора и стандартный 3.5 мм TRS-разъем.


В производстве данных наушников использовались серийные компоненты, например, восьминогая микросхема в правой части платы - это MAX660, инвертор напряжения, который может выступать как в роли источника отрицательного напряжения, так и в качестве повышающего преобразователя для усилителя. В левом верхнем углу - ST V324 (14 выводов) - четырехканальный усилитель с THD (коэффициент нелинейных искажений) не более 0.01%. К сожалению, назначение МС находящейся выше установить так и не удалось. И да, синий светодиод я в последствии заменил на теплый ламповый желтый.


Пару слов об автономности. Для работы системы АШП я использую Ni-MH аккумулятор формата ААА. Как вы уже знаете в наушниках я провожу ~2-3 часа на день, соответственно заряжать аккумулятор емкостью 700 мАч приходится раз в две недели. Не понравилось отсутствие какого-либо индикатора заряда - узнать о совсем уж севшем элементе питания можно только посредством периодических похрапываний в ушах, сопровождающихся медленным затуханием светодиода. Также советую следить за выключением шумоподавления, ибо никакой функции автоотключения обнаружено не было.

▐ Цена, итоги

Audio-Technica ANC7b - отличные наушники закрытого типа с активной системой шумоподавления. Со своей основной задачей - отсекать внешние шумы справляется относительно неплохо. Не смотря на скромный дизайн и дешевые материалы корпуса, наушники неплохо собраны, имеют удобную посадку и достойное звучание. Из основных огрехов выделяются: отсутствие индикатора заряда, периодические наводки от сотовых телефонов… Цена, как на мировом, так и на рынке СНГ колеблется в районе 5-7 тысяч рублей (140 - 190 долларов).

Достоинства и недостатки

Система активного шумоподавления
Автономность
Звучание
Отсутствие индикатора заряда/разряда
Наводки от мобильных телефонов

Звуковая волна представляет собой волну сжатия и разрежения воздуха. Если с помощью динамиков создать волны той же частоты и амплитуды, но противоположной фазы, то они ослабят друг друга. В этом и заключается принцип работы ANC (Active Noise Control), показанный на рисунке 1. Активное шумоподавление - технология, позволяющая значительно снизить уровень шума, особенно если источник звука хорошо локализован. Еще лучшие результаты ANC показывает, если спектр шума имеет периодические составляющие.

В инновационной компании Promwad ведется разработка встраиваемых масштабируемых систем активного шумоподавления для различных сфер применения.

Сферы применения ANC-систем

• Вентиляция
• Тихие серверные шкафы
• Окна и откосы
• Легковые и грузовые авто

Рисунок 1 - Принцип работы ANC

Вентиляционные устройства, вытяжки, компрессоры

Одной из очевидных областей применения системы активного шумоподавления является вентиляция - вентиляционные устройства, вытяжки, компрессоры. Системы вентиляции с механическим побуждением являются шумными, что может негативно сказываться на людях, которые долго находятся в таких помещениях. Примером такого помещения могут служить «чистые» комнаты, где людям приходится работать много часов подряд. Принцип активного шумоподавления был предложен уже давно, в 1936 году П. Леугом, однако тогда не было технической возможности применить ANC-систему в современном понимании, и до недавнего времени проблема шума от вентиляции решалась лишь при помощи установки звукопоглощающих конструкций, звуковых экранов и различных резонаторов. Сейчас мы разрабатываем масштабируемую ANC-систему для вентиляции.

В этом фрагменте аудиозаписи показан результат моделирования ANC-системы. Сначала она выключена, отчетливо слышен шум вентилятора. Потом система включается, и шум ослабевает - из спектра пропадают периодические составляющие. В представленном примере не моделировалась пассивная звукоизоляция, которая способна еще больше улучшить результат.

Тихие монтажные шкафы для серверов

Тихие монтажные шкафы для серверов - еще один востребованный продукт, где с успехом может применяться ANC-система в совокупности с пассивными средствами звукоизоляции. Такой симбиоз двух принципов наиболее эффективен, потому что шум глушится во всем диапазоне частот: ANC наиболее эффективна в области низких частот, а пассивная звукоизоляция - в области средних и высоких частот. Вообще говоря, пассивная звукоизоляция может быть эффективной и в области низких частот, но толщина звукоизолирующего материала должна составлять не менее половины длины волны. Например, для гула с частотой 50 Гц для эффективной шумоизоляции нужен слой материала толщиной около 3 метров, что для серверного шкафа - нереализуемое требование. А ANC-система гораздо компактнее, и к тому же не препятствует потоку воздуха для вентиляции содержимого шкафа.

Стеклопакеты и откосы

Перспективная область применения ANC - стеклопакеты и откосы . Если дом находится вблизи магистрали, то постоянный шум может вредно сказаться на здоровье жителей. Поэтому в наших ближайших планах - адаптация ANC для встраивания в стеклопакеты и откосы окон. Популярность таких окон сложно переоценить - стоит представить себе летнюю ночь, когда из-за гула на улице окно не откроешь, а спать под включенным кондиционером не хочется.

Шумоподавление в автомобилях

Разработка ANC для применения в автомобилях, легковых и грузовых - одна из наших ближайших целей. Шум в автомобиле в основном исходит от шума покрышек по поверхности дороги и передается через подвеску и кузов. Сложность в системах подавления заключается в необходимости расположить динамики так, чтобы звуковая волна от них интерферировала с окружающим шумом именно в местах нахождения людей. Мы планируем разработать систему как для внедрения у крупных автопроизводителей, так и для кастомайзеров.

Технические характеристики:

• Количество компенсирующих динамиков: 1-8
• Количество микрофонов / неакустических датчиков: 2-16
• Диапазон рабочих частот: 20 Гц - 1000 Гц
• Уровень ослабления периодических составляющих: 25 дБ

Хотите внедрить технологии шумоподавления в своем проекте?
с нами, мы ответим на ваши .

Система активного шумоподавления (Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR) является современной высокотехнологической разработкой, нашедшей широкое применение в различных технических устройствах: аудиосистемах, оргтехнике, автомобилях, самолетах, подводных лодках и даже космических кораблях. На автомобилях данная система впервые применена на автомобилях Honda в 2003 году, Toyota в 2008 году. В настоящее время система активного шумоподавления устанавливается на некоторые модели автомобилей Audi, Buick, Cadillac, Ford, Honda.

Система активного шумоподавления предназначена для подавления шума в салоне автомобиля от работы двигателя , выпускной системы , трансмиссии , использования системы отключения цилиндров . Шумы от движения по дорожному покрытию, аэродинамические шумы система не компенсирует. Система позволяет снизить уровень низкочастотных шумов на 5-12 ДБ, чем достигается уровень комфорта соизмеримый с шумоизоляцией элитного лимузина.

Наряду с повышением комфорта, применение системы шумоподавления обеспечивает снижение вибрации конструктивных элементов, вызванной звуковыми колебаниями, за счет чего уменьшается износ этих элементов и потребление топлива.

Система активного шумоподавления включает микрофоны, электронный блок управления, аудиосистему с динамиками.

Микрофоны устанавливаются на потолке салона автомобиля и непосредственно воспринимают негативные шумы. Сигнал от микрофонов поступает в электронный блок управления, где в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя рассчитывается фаза, частота и амплитуда акустических сигналов для подавления шума.

Аудиосистема генерирует эти акустические сигналы в противофазе к шуму, чем достигается его подавление. В системе активного шумоподавления используется отдельная аудиосистема или штатная аудиосистема автомобиля с расширенными функциями.

Усиленные акустические сигналы подаются на динамики, из которых два установлены в передних дверях и один (сабвуфер) за задним сиденьем. Получившийся в результате работы системы звук воспринимается микрофонами и контролируется блоком управления.

В системе активного шумоподавления заложены многопараметрические характеристики, индивидуальные для каждой комплектации автомобиля. Они учитывают конструкцию акустической системы (количество и расположение динамиков), тип кузова автомобиля , модель двигателя, конструкцию крыши (обычная крыша, люк, панорамная крыша).

Конструктивным и технологическим продолжением системы активного шумоподавления является т.н. (Active Sound Design, ASD). В настоящее время система устанавливается на автомобили Mini от BMW.

Принцип работы системы ASD построен на изменении звуковых волн с целью получения желаемого тона работы выпускной системы . Конструктивно все построено так же, как в системе активного шумоподавления: микрофоны – блок управления – аудиосистема – динамики. Только на выходе аудиосистемы не противофаза, а измененный звук.

Изменение характера звучания выпускной системы производится с помощью кнопок на приборной панели автомобиля. Переключение кнопок позволяет воспроизвести звучание выпускной системы четырех разных двигателей.

Несмотря на высокую техническую сложность, практической пользы система активного звукового оформления не имеет, а, в основном, удовлетворяет драйверские амбиции владельца. Необходимо отметить, что активный звук не слышен за пределами салона автомобиля (при закрытых стеклах дверей).