Aktivní potlačení hluku - Active noise control

Grafické zobrazení aktivní redukce šumu
„Potlačení zvuku“ přeadresuje tady. Úsťové zařízení pro zbraň, viz tlumič (střelné zbraně) . Odchýlení hluku při startu raket viz Systém potlačení zvuku .

Aktivní potlačení hluku ( ANC ), také známé jako potlačení hluku ( NC ), nebo aktivní redukce šumu ( ANR ), je metoda pro snížení nežádoucího zvuku přidáním druhého zvuku, který je speciálně navržen tak, aby zrušil první. Tento koncept byl poprvé vyvinut koncem 30. let; pozdější vývojová práce, která začala v padesátých letech minulého století, nakonec vyústila v náhlavní soupravy komerčních leteckých společností, přičemž tato technologie byla k dispozici koncem 80. let minulého století. Tato technologie se používá také v silničních vozidlech a v mobilních telefonech .

Vysvětlení

Zvuk je tlaková vlna , která se skládá ze střídajících se období komprese a řídnutí . Reproduktor s potlačením šumu vydává zvukovou vlnu se stejnou amplitudou, ale s převrácenou fází (také známou jako antifáze ) vzhledem k původnímu zvuku. Vlny se spojí a vytvoří novou vlnu v procesu zvaném interference a navzájem se účinně ruší - efekt, který se nazývá destruktivní interference .

Moderní aktivní regulace šumu se obecně dosahuje použitím analogových obvodů nebo digitálního zpracování signálu . Adaptivní algoritmy jsou navrženy tak, aby analyzovaly průběh zvukového nebo neaurálního šumu na pozadí a poté na základě specifického algoritmu generovaly signál, který buď fázový posun, nebo invertuje polaritu původního signálu. Tento převrácený signál (v antifázi) je pak zesílen a měnič vytváří zvukovou vlnu přímo úměrnou amplitudě původního tvaru vlny a vytváří destruktivní rušení. To účinně snižuje hlasitost vnímatelného šumu.

Reproduktor s potlačením hluku může být umístěn společně se zdrojem zvuku, který má být utlumen . V tomto případě musí mít stejný zvukový výkon jako zdroj nežádoucího zvuku, aby bylo možné rušit šum. Alternativně může být převodník vysílající zrušovací signál umístěn v místě, kde je požadován útlum zvuku (např. Ucho uživatele). To vyžaduje mnohem nižší úroveň výkonu pro zrušení, ale je účinné pouze pro jednoho uživatele. Potlačení šumu na jiných místech je obtížnější, protože trojrozměrné vlnoplochy nežádoucího zvuku a rušícího signálu by se mohly shodovat a vytvářet střídající se zóny konstruktivního a destruktivního rušení, což v některých místech snižuje hluk a v jiných hluk zdvojnásobuje. V malých uzavřených prostorách (např. V prostoru pro cestující v automobilu) lze dosáhnout globální redukce hluku pomocí více reproduktorů a zpětnovazebních mikrofonů a měření modálních reakcí skříně.

Aplikace

Aplikace mohou být „1-dimenzionální“ nebo 3-dimenzionální, v závislosti na typu zóny, kterou je třeba chránit. Periodické zvuky, dokonce i složité, lze díky opakování ve vlnovém tvaru snáze zrušit než náhodné zvuky.

Ochrana „1dimenzionální zóny“ je snazší a vyžaduje pouze jeden nebo dva mikrofony a reproduktory. Několik komerčních aplikací bylo úspěšných: sluchátka s potlačením hluku , aktivní tlumiče , zařízení chránící před chrápáním , extrakce vokálních nebo středových kanálů pro karaoke stroje a ovládání hluku v klimatizačních kanálech. Pojem „1-dimenze“ označuje jednoduchý pístový vztah mezi hlukem a aktivním reproduktorem (mechanická redukce šumu) nebo mezi aktivním reproduktorem a posluchačem (sluchátka).

Ochrana 3-dimenzionální zóny vyžaduje mnoho mikrofonů a reproduktorů, což je dražší. Redukce šumu je snadněji dosažitelná, když jeden posluchač zůstává nehybný, ale pokud je více posluchačů nebo pokud jeden posluchač otočí hlavu nebo se pohybuje po celém prostoru, pak je výzva ke snížení hluku mnohem obtížnější. Vysokofrekvenční vlny je obtížné redukovat ve třech rozměrech kvůli jejich relativně krátké zvukové vlnové délce ve vzduchu. Vlnová délka ve vzduchu se sinusovým šumem přibližně 800 Hz je dvojnásobkem vzdálenosti levého ucha průměrného člověka k pravému uchu; takový hluk přicházející přímo zepředu bude aktivním systémem snadno omezen, ale přicházející z boku bude mít tendenci se rušit u jednoho ucha, zatímco u druhého bude zesílen, takže bude hlasitější, nikoli měkčí. Vysokofrekvenční zvuky nad 1 000 Hz mají tendenci se nepředvídatelně rušit a posilovat z mnoha směrů. Stručně řečeno, nejúčinnější redukce šumu v trojrozměrném prostoru zahrnuje zvuky s nízkou frekvencí. Komerční aplikace redukce hluku 3-D zahrnují ochranu kabin letadel a interiérů automobilů, ale v těchto situacích je ochrana omezena hlavně na zrušení opakovaného (nebo periodického) hluku, jako je hluk vyvolaný motorem, vrtulí nebo rotorem. Důvodem je cyklická povaha motoru, která usnadňuje aplikaci analýzy a potlačení hluku.

Moderní mobilní telefony používají design více mikrofonů pro potlačení okolního hluku z řečového signálu. Zvuk je zachycen z mikrofonu (mikrofonů) nejdále od úst [šumový signál] a z mikrofonu nejblíže k ústům [požadovaný signál]. Signály jsou zpracovány tak, aby se rušil šum z požadovaného signálu, čímž se dosáhne lepší kvality zvuku hlasu.

V některých případech lze hluk ovládat aktivním ovládáním vibrací . Tento přístup je vhodný, pokud vibrace konstrukce vytváří nežádoucí hluk spojením vibrací s okolním vzduchem nebo vodou.

Aktivní vs. pasivní ovládání hluku

Řízení hluku je aktivní nebo pasivní prostředek ke snížení emisí zvuku, často z důvodu osobního pohodlí, ohledů na životní prostředí nebo dodržování zákonů. Aktivní regulace hluku je redukce zvuku pomocí zdroje energie. Pasivní regulace hluku je redukce zvuku materiály izolujícími hluk, jako jsou izolace, zvuk pohlcující dlaždice nebo tlumič výfuku, a nikoli zdrojem energie.

Aktivní potlačení hluku je nejvhodnější pro nízké frekvence. U vyšších frekvencí se požadavky na rozestupy pro techniky volného prostoru a zóny ticha stávají neúnosnými. V systémech založených na akustické dutině a potrubí počet uzlů rychle roste se zvyšující se frekvencí, což rychle činí techniky aktivní regulace hluku nezvládnutelnými. Pasivní léčba se stává účinnější na vyšších frekvencích a často poskytuje adekvátní řešení bez nutnosti aktivní kontroly.

Dějiny

Test elektronického řízení hluku ve Vídni, 1973

První patent na systém řízení hluku byl udělen vynálezci Paulu Luegovi, US patent 2 043 416 v roce 1936. Patent popsal, jak zrušit sinusové tóny v potrubí postupným posunem vlny a zrušením libovolných zvuků v oblasti kolem reproduktoru převrácením polarity . V padesátých letech patentoval Lawrence J. Fogel systémy pro potlačení hluku v kokpitech helikoptér a letadel. V roce 1957 vyvinul Willard Meeker funkční model aktivní regulace hluku aplikovaný na circumaurální chránič sluchu. Tato náhlavní souprava měla aktivní šířku pásma útlumu přibližně 50–500 Hz s maximálním útlumem přibližně 20 dB. Koncem 80. let jsou k dispozici první komerčně dostupné náhlavní soupravy s aktivní redukcí hluku. Mohly být napájeny NiCad bateriemi nebo přímo z energetického systému letadla.

Viz také

Reference

externí odkazy