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 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.
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 .
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?)
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.
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!
Будете ли в большей степени слышать грохот железнодорожного вагона или звучание любимой композиции - напрямую зависит от степени и качества шумоподавления ваших наушников. Как можно избавиться от внешних шумов и главное и стоит ли это делать?
Обычно рекомендуются к использованию в долгих поездках. Типичный рекламный плакат – хорошо одетый мужчина средних лет в бизнес-классе самолета. На международных рейсах в поле зрения обязательно попадается пара человек, надевающих на голову наушники «шумодавы» сразу после взлета. Если подумать, то самолет или, скажем, поезд – далеко не единственная причина использовать наушники с шумоподавлением. В метро бывает не менее шумно, да и просто находясь на оживленной городской улице, сложно слушать музыку, игнорируя шум проезжающих мимо машин. Еще более интересная история – использование таких наушников в помещениях. Зачем? Ну, скажем, дома можно слушать музыку и не слышать при этом работающий телевизор. А в офисе, который днем жужжит, как улей, можно спокойно и сосредоточенно поработать в условиях тишины и комфорта. И пусть коллеги завидуют вашему спокойствию!
Хотите остаться в тишине и одиночестве когда вокруг шум и бардак? Обзаведитесь хорошими наушниками с шумоподавлением. Нет лучшего средства на время «выключить звук».
Шумоподавление в наушниках может быть как активным, так и пассивным. Начнем с более простого – пассивного. В случае использования наушников закрытого типа, которые входят в уши достаточно плотно, можно уже получить неплохой уровень изоляции шумов.
В случае с внутриканальными наушниками, улучшить шумоизоляцию помогут насадки из пеноматериала. Но не все, а только специальные, более плотные, с повышенной изоляцией шумов. Среди силиконовых насадок нельзя не упомянуть двух- и трех-контурные «елочки». Но не стоит забывать, что они подойдут не всем по физиологическим, а иногда и психологическим причинам. Чтобы получить эффект от елочек, нужно вставить их достаточно глубоко в слуховой проход; силиконовые лепестки при этом должны создать внутри как минимум два контура шумоизоляции.
Силиконовые насадки классической формы с заполнением внутреннего пространства пеной или гелем также могут быть весьма эффективны. Гелевые – более плотные и упругие, однако они вызывают дискомфорт при длительном ношении, если размер вам, хотя бы немного, не подходит. Вообще, в вопросе изоляции внешних шумов правильный подбор насадок внутриканальных наушников играет ключевую роль. Кроме того, что чрезмерно большие и маленькие головные телефоны не будут держаться в ушах, нужно точно подбирать их размер и форму. Если производитель наушников сэкономил и не положил в комплект достаточный выбор насадок, найдите альтернативные варианты и уделите время выбору подходящих. Про особенность выбор амбюшур для наушников у нас был отдельный материал –
Наградой будет не только тишина и комфорт при длительном ношении, но еще и более чистый звук с улучшением глубины и насыщенности басового диапазона. А самое главное – чем эффективнее насадки, тем меньше поводов увеличивать громкость плеера, музыка и так будет хорошо слышна.
Таким образом, внутриканальные наушники закрытого типа и правильно подобранные насадки – это уже отличный способ избавиться от внешних звуков и защитить слух от перегрузки громкой музыкой.
С накладными или охватывающими уши амбушюрами тоже могут похвастаться высокой степенью пассивной изоляции внешнего шума. Разобраться, какие из них могут сделать это лучше других, довольно просто. Во-первых, они должны быть закрытого типа, мягкими, пышными или с высокотехнологичным пенным наполнителем, реагирующим на тепло. И во всех случаях предпочтительный материал отделки амбушюр – максимально мягкая кожа, а предпочтительная форма – овальная. Такие наушники даже без активного шумоподавления весьма эффективно устраняют внешние шумы.
Наушники с шумоподавлением – это не обязательно большие «лопухи», . Принцип работы активного шумоподавления прост. На наушнике располагается микрофон, который регистрирует шумы, попадающие извне, и добавляет их в воспроизводимый аудиосигнал в противофазе. Наложение внешнего шума на его перевернутую версию дают в сумме тишину. А музыка при этом остается нетронутой. Ну, или почти нетронутой.
Внутриканальные наушники с шумоподавлением – довольно редкая вещь, но все же они существуют. Возможной причиной их непопулярности является блок с батареей и процессором, обрабатывающим звук. Он довольно крупный, тяжелый, выглядит и весит как . Однако такие наушники могут быть весьма эффективны, особенно при правильно выбранных насадках. А основное их преимущество – в них можно спать, например, в самолете или междугороднем автобусе: нет ни оголовья, ни больших чашек, мешающих удобно прилечь.
Элита и тяжелая артиллерия в вопросах подавления шумов – . В отличие от внутриканальных, микрофон у них может быть установлен не только снаружи, но и внутри чашек. Наружный микрофон более эффективен на высоких и средних частотах, а микрофон внутри имеет больше возможностей в плане подавления низкочастотных шумов, но теряет эффективность с повышением частоты. Иными словами, наушники для самолета и метро должны иметь микрофон внутри чашек. А чтобы защититься от назойливого телевизора или болтливых коллег по офису – лучше выбрать накладные наушники с микрофоном, установленным снаружи или внутриканальные «шумодавы».
Самые совершенные и, соответственно, самые дорогие наушники имеют микрофоны снаружи и внутри. Иногда таких микрофонов бывает даже несколько, и если производитель нигде не сплоховал, эффект получается потрясающий. Почти как в безэховой камере. Определитесь, от каких шумов вы собираетесь избавиться в первую очередь. Это поможет решить проблему без покупки сверхдорогих многомикрофонных моделей.
Наушники с активным шумоподавлением, с технической точки зрения, штука несложная, но свои особенности есть. Некоторые производители, например, встраивают функцию, позволяющую слышать окружающие звуки, не снимая наушников. Внешние микрофоны начинают работать в обратном режиме, то есть передавать в наушники все внешние звуки, и вы сможете, допустим, поговорить с человеком не снимая наушников, или включить звук, чтобы услышать объявление, звучащее в самолете.
Производители наушников класса Hi-Fi превращают наушники с шумоподавлением в активную модель. Встроенный усилитель с питанием у них уже есть, осталось сделать его качественным, а систему подавления шумов – отключаемой. В результате мы получим еще и функцию активных наушников, которые будут одинаково легко согласовываться с любым смартфоном или плеером, поскольку не зависят от мощности встроенного в них усилителя. Читайте спецификации внимательно. Некоторые наушники с шумоподавлением получили функцию активного режима не в дополнение, а вместо обычного пассивного.
Во-первых, только самые высокотехнологичные и дорогие наушники способны создать нечто похожее на полную тишину . Большинство систем шумоподавления эффективно лишь в части слышимого диапазона частот. Например, в самолете вы не услышите гул, но вполне сможете разобрать речь собеседника, не снимая наушников, или, наоборот, голос будет едва различим, но верхне- и низкочастотные шумы потревожат ваш слух.
Во-вторых, довольно часто сами наушники шумят . Да-да, именно так: шумодавы шумят. Схема шумоподавления по сути является усилителем, который может генерировать высокочастотный шум от едва различимого в дорогих моделях, до хорошо слышимого шипения в моделях попроще.
В-третьих, – изменение характера звучания . Большинство наушников с шумоподавлением имеют кнопку выключения и способны работать в пассивном режиме. Так вот, наушники со включенным и выключенным шумоподавлением – это две совершенно разные по характеру звучания модели.
В-четвертых, это питание . Все наушники с активным шумоподавлением работают либо на аккумуляторах, либо на батарейках. Даже если вы пользуетесь мобильным аккумулятором, способным подзарядить любой гаджет на высоте 10000 метров над землей, рекомендуются модели со сменными батарейками (обычно речь идет о стандартных «пальчиковых» типа АА или ААА). Зарядка встроенного аккумулятора требует времени, а батарейки можно просто заменить и продолжить пользоваться наушниками.
За исключением дорогих моделей, наушники с шумоподавлением – это компромисс между акустическим комфортом и качеством звучания в пользу первого.
Вопрос полезности наушников с подавлением шумов, на наш взгляд, имеет однозначный ответ. Если вы хотя бы иногда летаете самолетом или находитесь в шумном помещении – это однозначно нужная вещь. В условиях оживленной городской жизни тишина – крайне ценная субстанция. Психологи и врачи говорят, что она полезна и даже необходима для здоровья.
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.
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.
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) WikipediaНо 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.
Пассажирам бизнес-класса авиакомпании обычно выдают «приветственный комплект», в который обязательно входят беруши. Действительно, монотонный гул мощных самолетных двигателей бывает невыносим, он не дает заснуть или наслаждаться любимой музыкой. Никакие наушники-пробки (или даже закрытые) не способны справиться с ним — пассивная шумоизоляция не слишком хорошо препятствует распространению низкочастотного звука, характерного как для самолетов, так и для других видов транспорта. Но на помощь могут прийти наушники с активным шумоподавлением.
Идея, лежащая в основе активного шумоподавления, достаточно проста. Звук представляет собой волну разрежений и уплотнений, а там, где есть волна, можно воспользоваться интерференцией. Создав инвертированную волну (точно в противофазе) в нужной точке (в ухе, как можно ближе к ушному каналу) и в нужное время, можно полностью погасить исходную. Именно так и работает система активного шумоподавления: внутри наушников расположены микрофоны, которые измеряют уровень фонового шума. Этот сигнал инвертируется и передается на динамик, который и обеспечивает возникновение волны в противофазе к шуму (при воспроизведении музыки нужно еще учесть «полезный сигнал» — вычесть его из измеряемого шума).
Основная проблема систем активного шумоподавления связана с неточным попаданием в противофазу. Даже небольшое смещение фазы приводит к серьезным искажениям. Поэтому активное шумоподавление хорошо работает с монотонным и низкочастотным шумом (длина волны низкочастотного звука велика, и поэтому расхождение по фазе мало) и плохо — с высокочастотными и резкими нерегулярными шумами — криками, речью, музыкой. С последними приходится бороться с помощью пассивной шумоизоляции. Часто в наушниках с активным шумоподавлением можно услышать тихое шипение — это как раз следствие неточности фазового сдвига высокочастотного шума.
А еще все беспроводные наушники комплектуются проводами — по правилам авиакомпаний использование беспроводных устройств во время полета запрещено. Достаточно воткнуть провод в соответствующее гнездо наушников, и Bluetooth отключится автоматически. К тому же большинство моделей даже при полном разряде батарей продолжают работать как обычные проводные наушники.
Эргономика ? При раскладывании включаются автоматически. Датчики включают шумоподавление, как только вы надеваете наушники, а также автоматически отключают их через несколько минут после снятия. Органы управления — механические кнопки. В целом, кроме небольшого размера кнопок, никаких нареканий наушники не вызвали, все достаточно удобно. Для подключения проводом используется стандартный 3,5-мм трехконтактный разъем.
Звучание Звучание хочется назвать зрелищным: бас — упругий и разборчивый, барабаны — хлесткие, как пощечина, голоса — чистые, без искажений. Увеличение громкости не приводит к искажениям. К сожалению, все это работает, только пока наушники подключены к плееру проводом. При проигрывании по Bluetooth появляются помехи, а кристальная яркость уступает место примитивной «замыленности». Неплохой компромисс — провод для дома, Bluetooth — для шумной улицы.
Плюсы: удобная эргономика; отличный звук по проводу; большое время автономной работы
Минусы: отсутствие фирменного приложения для управления и настройки; отсутствие индикации заряда батареи (на смартфоне или наушниках); средний уровень шумоподавления
Эргономика Это одна из двух моделей в нашем обзоре, которые имеют выделенную кнопку включения режима сквозного звука. При ее нажатии динамики переключаются на передачу звука с внешних микрофонов. Качество передачи звука в режиме гарнитуры откровенно плохое, поскольку микрофоны слишком чувствительны и передают даже малейшие шумы, причем слышны они не только собеседнику, но и вам (шумоподавление при этом не работает).
Звучание У этих наушников весьма качественные динамики. К примеру, тарелки на них звучат натуральнее, чем на любых других, но только если в данный момент играют только тарелки. Но стоит музыкантам дать жару, звук наполняется искажениями в таком количестве, что становится сложно узнать голос певца. Очень жаль, но наушники именитой фирмы демонстрируют полное бессилие при прослушивании практически любой музыки, как без провода, так и с ним.
Плюсы: хорошая эргономика; встроенный процессор объемного звука; съемная батарея
Минусы: плохое качество звука (и как наушников, и как гарнитуры); отсутствие фирменного приложения для управления и настройки
Эргономика Наушники имеют три режима шумоподавления: «Самолет», «Улица» и «Офис», переключаются они вручную (у других производителей — автоматически). Как гарнитура удобны, хотя расположение микрофонов, возможно, не самое удачное — собеседник слышал помехи от окружающих шумов. Стоит также заметить, что шумоподавление включается и выключается независимо от наушников, что может привести к быстрому разряду батареи.
Звучание Разработчики хотели перенести слушателя в воображаемую комнату прослушивания, уединенную, надежную, уютную. Электроника участвует в обработке звука всегда (с проводом и без), наполняя его небольшой реверберацией для имитации пространства. Такой подход хорош для акустического блюза или камерных произведений. Музыка с мощной ритм-секцией тонет в громких, неразборчивых, «замыленных» реверберацией басах. Звучание интересное, но на любителя.
Плюсы: хорошее шумоподавление (и пассивное, и активное)
Минусы: звук среднего качества; кнопки сложно нащупать; отсутствие фирменного приложения для управления и настройки
Эргономика Амбушюры наушников небольшие по размеру, поэтому их правильнее будет отнести не к закрытым, а к накладным. Тем не менее они ничем не уступают конкурентам. Кнопки управления на нижнем торце наушников удобны, хотя нащупать их не всегда просто. Качество передачи речи в режиме гарнитуры отличное. Шумоподавление имеет три режима, которые включаются автоматически после анализа окружающей звуковой обстановки. Можно включить шумоподавление и вручную, но только «уличный» режим.
Звучание Ого! Эти наушники с небольшим на вид динамиком — бескомпромиссный выбор бас-гитариста. Встроенный усилитель настроен на мощный, громкий, но при этом очень разборчивый бас. При этом высокие частоты воспроизводятся тихо и весьма небрежно. Sony можно смело рекомендовать любителям танцевальной музыки, электроники, хардкора, а также тем, кто хочет наизусть выучить партии Даффа Маккагана или Фли. Провод подключать не имеет смысла — без встроенного усилителя наушники практически бессильны.
Плюсы: неплохой беспроводной звук; хорошая передача речи в качестве гарнитуры
Минусы: кнопки сложно нащупать; отсутствие фирменного приложения для управления и настройки
Эргономика ? Дизайн Филиппа Старка, белая кожа и золотое покрытие. Да и уровень шумоподавления очень хорош. Для управления производитель оставил две маленькие, утопленные в корпус механические кнопки — включения и шумоподавления, остальные команды отдаются с помощью сенсорной панели. Это на самом деле не слишком удобно. Сенсоры автоматически ставят музыку на паузу, когда вы снимаете наушники. При использовании в качестве гарнитуры собеседнику хорошо слышны окружающие шумы, несмотря на множество микрофонов, которые, по идее, должны нивелировать этот эффект.
Звучание Звучание этих наушников так и хочется обозвать противоестественным. Встроенный усилитель, который не отключается, усиливает самые высокие и самые низкие частоты, приглушая середину. Это давно известный способ сделать звук чуть бодрее, но искушенного слушателя на этот трюк не купить. Впрочем, есть у Parrot и сильная сторона: это единственная модель, полностью лишенная помех при прослушивании по Bluetooth.
Плюсы: отличное шумоподавление; удобная утилита для управления и настройки
Минусы: малое время автономной работы; среднее качество звука; неудобное сенсорное управление
Эргономика Две механические кнопки, включения и шумоподавления, остальное управляется с помощью сенсорной панели, что, на наш взгляд, не слишком удобно в силу незащищенности от случайного касания. В качестве гарнитуры модель работает хорошо. Существует фирменная утилита для управления наушниками с множеством возможностей настройки и обработки звука. Для некоторых смартфонов Samsung Galaxy доступны дополнительные возможности (голосовое управление). Кстати, это единственная модель в обзоре, которая имеет жесткий чехол в комплекте.
Звучание Эта модель подкупает запасом мощности. Она запросто устроит дискотеку даже в вагоне метро. Звучание у нее заводное, хотя и менее честное, чем у Monster. Веселья добавляет слегка усиленная верхняя середина, которая придает хлесткости ударным. В целом это универсальная, удобная, хорошо защищенная от шумов модель на все случаи жизни. Пользоваться проводом смысла нет, без «страхующей электроники» звучание модели намного скучнее.
Плюсы: отличное шумоподавление; удобная утилита для управления и настройки; неплохой звук; жесткий чехол в комплекте
Минусы: неудобное сенсорное управление
Эргономика Регулировка громкости производится кольцом (более интуитивный способ сложно придумать). Мимо кнопок управления сложно промахнуться. Датчики автоматически включают паузу, когда вы снимаете наушники, и возобновляют воспроизведение, когда надеваете, постепенно увеличивая громкость. Это вторая модель в обзоре, которая имеет выделенную кнопку сквозного режима. Но работает она очень интересно: музыка не выключается полностью, а лишь приглушается, динамики переключаются на внешние микрофоны, причем качество передачи звука очень близко к «живому».
Звучание Стихия этих наушников — сложные аранжировки. Усиленные высокие частоты делают разборчивым звучание инструментов на заднем плане. Слушать их интересно, радует запас громкости, хотя недостаточно мощный усилитель выдает неразборчивые, хотя и громкие басы. Наушники подойдут любителям джаза, блюза и классики. Слушать рок и электронику на них скучновато. Разницы между прослушиванием с проводом и без провода мы не почувствовали.
Плюсы: великолепные эргономика и управление; неплохой звук; индикация заряда батарей; большое время автономной работы
Минусы: в комплекте не помешал бы жесткий чехол
Самым важным компонентом работы автомобиля является процесс воспламенения смеси топлива и воздуха в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания появились довольно давно, и все это время инженеры работали над системой подавления низкочастотных шумов, возникающих при работе машины. Технологии энергосбережения позволили создать более экологически чистые и экономичные автомобили, но проблема шума в кабине все еще осталась. Уменьшение количества цилиндров с более эффективными и более экологически чистыми двигателями снижает частоту и повышает вероятность более интенсивной и раздражающей езды для пассажиров.
Технология активного контроля шума (англ. active-noise-control (ANC)) использует аудиосистему автомобиля для уменьшения нежелательного шума, создаваемого двигателем. Чтобы уменьшить этот шум, инженеры используют активное акустическое управление или ANC для генерации сигналов шумоподавления, которые воспроизводятся на динамиках в кабине автомобиля.
Активное управление аудио звуками – это методология обработки сигналов, которая уменьшает эффективную амплитуду звука для улучшения отношения сигнал/шум (SNR), что позволяет частично «заглушить» нежелательные шумы. Технология активного контроля шума также еще называют шумоподавлением (англ. audio noise reduction (ANR)). Данная методология основана на когерентной акустике, которая точно воспроизводит исходное звуковое поле во всех его формах. Она использует усилители и микрофоны внутри автомобиля, а также цифровую обработку сигналов (DSP) для подавления шумов. Звук можно описать как волну давления, состоящую из амплитуды и фазы.
Система шумоподавления встраивается в звуковое устройство, излучающее волну с одинаковой амплитудой, но с фазой на 180 ° (инвертированная фаза, также известная как противофаза) сдвинутой относительно исходной волны. Процесс рекомбинации двух волн основан на физическом принципе, называемом деструктивной интерференцией. ANC достигается с помощью схем смешанного сигнала или DSP с алгоритмом управления для анализа формы сигнала звука для генерации усиленной противофазовой волны для преобразователя.
Эти системы все больше полагаются на интегрированные системы (SoC), оснащенные высокопроизводительными стандартными процессорами и программной инфраструктурой. Ресурсы в режиме реального времени необходимы для быстрого внедрения и завершения циклов управления обратной связью, чтобы решение ANC работало должным образом.
Идеальный метод для реализации такого решения использует цифровую обработку сигнала (рисунок выше). Типичная автомобильная система на базе ANC использует четыре или пять сабвуферов звуковой системы и добавляет три-шесть микрофонов. При такой настройке система может уменьшить шум в диапазоне от 30 до 250 Гц (спектр охватывает частоты зажигания четырехцилиндрового двигателя) в пассажирском салоне.
ANC генерирует противофазу (180 °), которая идеально подходит к этому источнику помех. Чтобы получить максимально эффективные результаты, система ANC также должна быть расположена достаточно близко к источнику шума, главным образом передаваемого в одном направлении.
Системы ANC используют один из двух основных методов:
Такая система особенно полезна для таких приложений, как промышленное оборудование, динамические системы и бытовая техника.
На данной схеме блок Dff представляет собой звено задержки поступления звукового сигнала на динамик. Микрофон воспринимает звуковой сигнал и посылает его на фильтр G(ω), после чего происходит смешивание звуков для компенсации.
Система, как правило, строится либо на основании прогнозирования, где когерентный входной звуковой сигнал обнаруживается прежде, чем распространится далее, либо же используется управление с обратной связью, в которой активный регулятор шума пытается преодолеть помехи без входного звукового сигнала. Вариант 1 показан на блок-схеме выше, второй – на блок схеме ниже.
В типичной конфигурации Гарвардская архитектура цифровой обработки сигналов представляет собой ядро системы — она может выполнять математическую обработку и манипулирование реальными сигналами, такими как голос, звук и видео. В приложении для подавления шума цифровая обработка сигнала исследует характеристики формы сигнала входного шума и затем генерирует его противошумовую форму. Поэтому человеческое ухо получает меньше «белого» шума, так как «фильтрация» происходит в реальном или почти реальном времени.
Кодеки необходимы в аудио приложениях, поскольку он может преобразовывать аналоговые сигналы реального мира (например, звук) в цифровые сигналы для обработки микропроцессором и обратно к аналоговым для человеческого уха. Как правило, используют фильтры, работающие по методу наименьших средних квадратов (LMS) или с конечным импульсным откликом (FIR), которые могут изменять коэффициенты во время работы, эффективно решать проблему фактической оценки шума и, таким образом, максимизировать производительность системы в реальных условиях.
Методы управления шумом в основном пассивны и активны с точки зрения контроля. Пассивная техника идентифицирует частотный диапазон шума и увеличивает коэффициент усиления сигнала (голос или музыку) таким образом, чтобы он максимизировал отношение сигнал / шум этой полосы и, в свою очередь, получал более четкую разборчивость сигнала. Пассивная технология не очень сложна в реализации, хотя может потребоваться серия измерений в частотной области. Метод шумового контроля, который считается пассивным, называется «шумовым шлюзом».
Управление звуковыми помехами в транспортном средстве задача сложная, так как звук производится многими механическими компонентами, а также при взаимодействии объектов с дорогой и воздухом. Промышленные усилия во многом привели к снижению шума от автомобиля. В то же время были подняты опасения относительно полной тишины транспортных средств — они могут представлять опасность для пешеходов, которые, возможно, не смогут услышать приближающуюся машину.
Технология активного контроля шума довольно эффективна и способна снизить его примерно на 20 дБ.
