Как работают наушники с активным шумоподавлением. Система активного шумоподавления во внутриканальных наушниках

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 .

Жизнь городского жителя полна стрессов. Поэтому, приходя домой, каждый горожанин стремиться к максимальному комфорту и тишине. Но, увы, если комфорт еще достижим, то вот спрятаться от шума мегаполиса — не так просто. Да и, что греха таить, многие современные многоэтажки не отличаются хорошей шумоизоляцией. Многим знакомо ощущение «родства» с соседями, возникающее оттого, что все перипетии их жизни зачастую слышны лучше, чем телепередача.

Традиционными способами избавления от уличного шума до сих пор считались пластиковые стеклопакеты, а от внутридомового – звукоизоляция стен, пола и потолка специальными строительными материалами. Это применимо до сей поры, но неужели современная наука не придумала чего-нибудь еще? Давайте рассмотрим лучшие инновации для города в области устройств для активного подавления шума в квартире.

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.

Есть способ эффективно бороться и самостоятельно. Для этого можно воспользоваться прибором радиоэлектронного подавления (в просторечии, «глушилка»).

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.

Принцип работы устройства радиочастотного подавления

Прибор, задача которого — заглушать работу электронных устройств, является генератором сигналов в таком же диапазоне частот, как и частоты заглушаемых устройств, только — в противофазе. Генерируемые прибором сигналы не несут никакой информации, это просто — «белый шум». Поэтому перед покупкой прибора необходимо в первую очередь определиться с диапазоном частот, в котором этот прибор работает. Смысл прост — если частоты не будут совпадать, устройство не будет выполнять свою функцию.

Эффект от работы «глушилки» таков – «полезный» сигнал электронного устройства соседей заменяется «белым шумом», что, в общем, и нужно тому, кто использует такой прибор.

После диапазона частот, вторая важная характеристика «глушилки» — это ее радиус действия. Расстояние, на которое действует эффект радиочастотной «глушилки», зависит от многих факторов: где используется прибор – на улице или в помещении, какая стоит погода и прочее.

Подавление работы электронных устройств — это не миф.

Но следует помнить о том, что применение «глушилок» незаконно, поэтому применять их нужно с осторожностью, и ни в коем разе ими не злоупотреблять.

Подобное устройство для подавления шума в квартире купить можно в различных интернет-мазагинах. Цена колеблется от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч рублей (в зависимости от мощности аппарата и диапазона покрываемых частот).

Устройство подавления шума в квартире Sono

Эту систему разработал австрийский промышленный дизайнер Рудольф Стефанич. В основе 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.

Встроенный процессор анализирует и фильтрует полученные с помощью микрофона звуки. Эта технология позволяет устройству выборочно подавлять шумы, руководствуясь пользовательскими настройками.

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.

Система активного шумоподавления

Эффекта, подобного тому, что мы описали выше (система Sono), может когда-нибудь добиться система активного шумоподавления. Инженеры-акустики из Технического университета Берлина предлагают гасить внутри рамы выбранные пользователем уличные звуки с помощью вмонтированных между стеклами рам компактных громкоговорителей.

Принцип работы этой системы поход на Sono («ненужные» звуки гасятся такими же звуками, излучаемыми в противофазе).

Немецкие специалисты считают, что их систему можно будет применять не только в жилых и административных помещениях, но и в автомобилях и самолетах.

На данный момент система находится в разработке, поэтому более подробная информация по ней отсутствует.

Заокеанские изобретатели тоже не остались в стороне. Компания Celestial Tribe из Сан-Франциско предложила свое устройство для подавления шума Muzo, которое также может обеспечивать приватность общения, создавая вокруг собеседников так называемый «пузырь тишины»

Muzo выглядит как небольшая колонка, которая отсекает нежелательные звуки от пользователя.

Гаджет крепится на плоскую поверхность, служащую ему резонатором, и воспроизводит звуки, которые убирают посторонние шумы. Кроме того, устройство способно гасить наружные вибрации, например, от близко идущего строительства. Само устройство также может воспроизводить приятные звуки, например, для улучшения сна.

В отличие от устройств 2 и 3 нашего списка, Muzo в скором времени может появиться в продаже. Стартовав на Kickstarter летом 2016 года, разработчики собрали более четырехсот тридцати тысяч долларов (при планируемых ста тысячах). В связи с этим на Indiegogo уже начат прием предзаказов.

По данным различных источников, до первых владельцев этот активный поглотитель шума в квартире или офисе доберется в январе-феврале 2017-го года, а его стоимость составит от 119 до 159 $ USA.

Жизнь в мегаполисе наполнена звуками. Каждый раз при выходе из дома нас ожидает городской оркестр, подготовивший новое «представление». Правда, стилистика похожа на все предыдущие, вот только расставлены инструменты иначе. Порой бывает приятно окунуться в звучание урбана, за исключением двух моментов: когда едешь на работу и когда возвращаешься домой. Бравый утренний настрой сбивает шум проезжающих машин, гвалт толпы, да и в метро сидящий рядом человек порой огорчает своим музыкальным репертуаром, вырывающемся из накладных наушников. Ну а вечером... Да вы и сами понимаете, как тяжело бывает вечером. Дабы сохранить «внутреннее дзен», человек выбирает простой и вполне оправданный способ - наушники.

Приоритет зачастую отходит внутриканальным моделям за счет простой логики – чем ближе и плотнее они сидят в ухе, тем меньше пропустят внешних звуков. Не обращая внимания на дополняющие название модели аббревиатуры (наподобие «NC») и, к тому же, считая это очередным колдовством маркетологов, человек поступает крайне опрометчиво. Почему? Дело в том, что существует два вида изоляции: пассивная и активная. Пассивная шумоизоляция достигается стандартным образом – чем плотнее затычки прилегают к стенкам ушного канала, тем меньше шума проходит внутрь. Но! Среди звуковых свойств, а именно свойств Р-волны, имеется возможность проходить сквозь твердые тела, в том числе и через корпус наушников. Для нейтрализации такого эффекта и создана система активного шумоподавления (далее – САШ).

Принцип работы

Для начала разберемся в принципе работы активного шумоподавления. Исключая занудство физических терминов и формул, проложим простой путь к пониманию. Внутреннее строение наушников с активным шумоподавлением имеет одну крайне важную особенность. Рядом с динамиком разработчики устанавливают микрофон, который измеряет амплитуду окружающего шума. Наравне с поступающими через корпус внешними колебаниями микрофон создает волну с аналогичной амплитудой, но с обратной фазой исходного сигнала. При наложении таких волн происходит процесс интерференции – они смешиваются в единое целое, тем самым подавляя друг друга. В итоге пользователь получает звучание, лишенное внешних искажений.

Преимущества САШ

Кроме нейтрализации внешнего шума, САШ имеет ряд дополнительных преимуществ, призванных служить не косметическим, а вполне полезным дополнением. Наушники со встроенной САШ удобнее аналогов с пассивным шумоподавлением. Они ориентированы на создание максимально комфортных условий для прослушивания и обычно имеют дополнительные зажимы, фиксирующие наушник в ушной раковине. Поскольку наушник зафиксирован, потребность в максимально плотно сидящих затычках отпадает сама собой. Шум блокируется по двум направлениям (с помощью САШ, а также пассивно затычками), что не мешает наслаждаться музыкой.

Другим наиболее весомым аргументом является защита слуха. Чтобы получить по этому поводу квалифицированное мнение, мы спросили о воздействии внешнего шума у отоларинголога П. И. Савельева.

«По вопросам снижения или потери слуха обращается много пациентов. Естественно, его частичная потеря обусловлена в большей степени возрастными рамками, но проблема широко распространена и среди молодежи. Снижение слуха данной группы в основном напрямую взаимосвязано с прослушиванием музыки в метро или на шумных улицах. Шум, проникающий через наушники, вызывает необходимость в значительной степени увеличить громкость музыки. Громкий звук воздействует на сенсорные элементы внутреннего уха, снижая уровень восприятия звуковой картины. Временное же нарушение слуха наблюдается после разового воздействия высокой громкости, превышающей отметку в 80 дБ. Если же пациент часто подвергался воздействию звуков повышенной громкости, то происходящие изменения могут стать необратимыми, после этого слух восстановить будет очень сложно».

Таким образом, САШ нейтрализует необходимость в постоянном повышении громкости, когда пользователь сталкивается с внешним фактором. Несмотря на некоторую безопасность, которую дает пассивная изоляция, наушники с САШ справляются намного лучше.

Разбираем САШ на примере HARMAN/KARDON Soho II NC

Чтобы продемонстрировать пример, наглядно отображающий все вышеперечисленные преимущества, были выбраны внутриканальные наушники .

В рассматриваемых наушниках присутствует улучшенная технология автоматического активного шумоподавления. Инженерам пришлось пересмотреть внутреннее расположение – процессор, ответственный за подавление шума, был перенесен в отдельный блок. Его можно отключить, когда закончится заряд или не будет надобности в нейтрализации шума. Включение и выключение САШ производится через пульт, встроенный в кабель наушников.

Слушать эти наушники в помещении – одно дело, игра с переключением режимов шумоизоляции даст мало результатов. Но если выйти на улицу, разница становится ощутимой – не слышно ничего, кроме музыки. При такой шумоизоляции не стоит забывать про осторожность. Будьте крайне внимательны при переходе и движении по проезжей части!

Для прочной и удобной посадки конструкцией Soho II NC предусмотрено наличие фиксаторов. Эта деталь крайне полезна, ведь давление амбушюр в ушном канале нивелируется за счет плотного прилегания фиксатора к внутренней части ушной раковины. Соответственно, с пассивной шумоизоляцией у произведения HARMAN/KARDON тоже все в порядке.

В завершение хочется в очередной раз отметить: выбирайте наушники с умом. Иногда лучше немного доплатить и получить действительно качественную и проверенную вещь, чем необдуманно купить бестолковые затычки, способные в будущем стать катализатором проблем со здоровьем.

Широкий выбор наушников на любой вкус и с САШ вы найдете в магазинах Doctorhead

Нашли опечатку в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter . Это не требует регистрации. Спасибо.

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!

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).