Системы снижения шумов в современных автомобилях. Как работает система активного шумоподавления в наушниках

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?

Где и когда нужно шумоподавление

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».

Обязательно ли покупать наушники с активным шумоподавлением

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.

А что насчет обычных накладных наушников

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.

Как работают внутриканальные наушники с активным шумоподавлением

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.

Особенности накладных наушников с активным шумоподавлением

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.

Технические подробности таких устройств

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.

В чем минусы наушников с шумоподавлением

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.

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.

На сегодняшний день рынок предлагает разнообразные модели наушников, среди которых можно подобрать и дешевые китайские модели, и дорогостоящие изделия. При этом их стоимость во многом зависит от технической составляющей. В большинстве наушников закрытого типа применяется технология активного шумоподавления . Ходят слухи, что она является причиной головных болей при длительном прослушивании музыки.

Немного истории

Стоит рассмотреть историю и принцип работы системы активного шумоподавления. Музыка позволяет человеку расслабляться, справляться с сильными эмоциями, она сопутствует человеку во всей его жизни. Изготовители стали задумываться о портативной музыке в середине прошлого века, так в 79 году Sony создала кассетный плеер. Уже через несколько лет это устройство было признано величайшим изобретением компании. В 84 году был создан первый CD-плеер, и уже в 98 году пользователям стали доступны MP3-плееры, которые используются и на сегодняшний день. Развитие данной отрасли невозможно охарактеризовать без упоминания наушников, ведь именно они обеспечивали хороший и качественный звук.

Система активного шумоподавления начала свою историю в сороковых годах прошлого века . Именно тогда изобретатель Пол Люг запатентовал исследование, в котором описывался принцип действия синусоидальных сигналов. В 50 году Лоуренс Фогель использовал систему подавления шума в вертолете, самолете. В наушниках данная система стала использоваться с 57 года, тогда Уиллард Микер смог отсечь шум от 50 до 500 Гц. Уже в 80 годах стали выпускаться наушники для авиации, в них использовалась данная технология.

Как работает система шумоподавления?

Если рассматривать принцип работы САШ, то специалисты описывают его довольно просто. Каждый отдельный звук представляет собой волну, из чего можно сделать вывод, что его можно отразить. И эта инвертированная волна будет полностью гасить исходную. Если взять в пример наушники, в которых используется система, то внутри будут располагаться микрофоны. Они предназначаются для того, чтобы измерять уровень возникающего шума. Поэтому получаемый звуковой сигнал преобразуется в инвертированную волну, после чего он передается на основной динамик. Здесь функционирует противофаза к шуму, при этом музыка не повреждается, как полезный сигнал, за счет этого шум убирается.

Эффективность работы системы активного шумоподавления

Прежде всего, следует сказать, что качественно работает такая система не во всем диапазоне частот, а в промежутке приблизительно от 100 до 1 КГц. На этом участке хорошие модели наушников способны обеспечить снижение шума до уровня -30 дБ. В самом нижнем звуковом диапазоне, до 100 Гц, человек воспринимает звуковые колебания не столько органами слуха, сколько телом, и наушники, какой бы уровень компенсации они бы не давали, от шума не спасут.

В диапазоне свыше 1 КГц система даже может немного добавлять шума. Однако это не уличный гул, а равномерное, спокойное «шипение», к тому же - очень тихое -
расслышать его можно лишь в очень спокойной обстановке.


В диапазоне 100-1000 Гц при условии качественной реализации «шумодав» вполне способен значительно снизить звуковое давление окружающей среды. В хороших шумоподавляющих наушниках вполне реально почувствовать себя в тихом безлюдном помещении, находясь на шумной улице.

В отдельных моделях «шумодав» работает воистину поразительно. Это, например, свежая линейка Bose и старшие модели Sony, в особенности MDR-1000x: надеваешь наушники и первое время отказываешься верить своим ушам.

Очень хорошо справляются с отсечением шумов такие модели как Sennheiser Momentum 2.0 Wireless, Parrot Zik, всевозможные Beats. В то же время во многих бюджетных «ноунейм»-вариантах «шумодав» может присутствовать лишь номинально, а эффект от его работы стремиться к нулю.

Почему болит голова?

Многие считают, что использование такой системы делает музыку более качественной, а прослушивание более комфортным. Но это не совсем так. Люди активно стали использовать подобные устройства, поскольку наушников с системой активного шумпоподавления становятся все популярнее. При этом рынок предлагает изделия из разных ценовых категорий, среди них есть и привычные затычки, и полноразмерные модели. Нужно понимать, что технологии не стоят на месте, система совершенствуется, качество звучания музыки постоянно улучшается. Также изготовители стараются продвигать устройства с данной технологией, предпринимая различные маркетинговые решения. Но часть покупателей вынуждена отказать от подобного приобретения, не смотря на качество звучания. Это происходит из-за того, что они не переносят систему активного шумоподавления. У некоторых людей организм реагирует на отсутствие посторонних звуков и кристально чистое звучание музыки головной болью. Наушники кажутся совершенными, но такой эффект может возникать по нескольким причинам.

1. Эффект качки на корабле . Если вам знакома морская болезнь, если тяжело переносите нахождение на кораблях, то вы можете оказаться в той категории людей, которая не переносит САШ (систему активного шумоподавления). Пусть вы представляете собой только 7 процентов от всех пользователей, но есть вероятность, что вы находитесь в числе этих людей. Смысл заключается в том, что при использовании таких наушников вы обманываете свой мозг, как и в ситуации, когда находитесь на корабле. Вы идете по улице и видите прохожих, шумное автомобильное движение, резкий ветер. Органы зрения передают информацию мозгу о том, что вы находитесь на улице, но органы слуха не передают шум из-за использования системы. Именно поэтому мозг находится в замешательстве, из-за чего и появляется недомогание, головные боли.
2. Монотонный раздражитель . Поняв принцип работы системы, стоит сделать акцент на том, что на каждое действие есть противодействие. В результате работы системы у изготовителей получается устранить шум и позволит слушателю полностью погрузиться в музыку. Но нужно учитывать такую особенность, что в данном случае на органы звука будут воздействовать монотонные звуковые волны. А человеческий мозг настроен исключительно на то, чтобы принимать разнообразные звуки. Стоит сказать и об особенностях нервной системы, которая может негативно отреагировать на такое чистое звучание. Из-за особенностей организма при использовании системы могут возникать тошнота, головные боли. При этом невозможно предугадать, кто предрасположен к таким последствиям, а кто — нет.
3. Тишина не является залогом спокойствия . Известные изготовители тестируют создаваемые устройства в специальных организациях. Исследования проводятся в специальных помещения, так называемых абсолютно тихих комнатах. В комнатах блокируются практически все посторонние звуки. Этим создаются идеальные условия для проверки оборудования. Но специалисты придерживаются мнения, что абсолютная тишина не способствует спокойному состоянию организма.

   Если человек окажется в подобной комнате, то его станет преследовать чувство беспокойства. Уже через несколько минут он начнет слышать писк комара, урчание собственного живота. Достаточно всего пять минут нахождения в подобных условиях, чтобы организм перешел в состояние тревоги, беспокойства. Исследования показали, что человек не может проводить в таком помещении больше, чем 45 минут. Пусть при использовании систем не создается абсолютная тишина, поскольку играет музыка, но принцип работы системы затрагивает понятие абсолютной тишины. Ведь при использовании подобных наушников человек слышит исключительно музыку. Именно поэтому люди при использовании устройств могут почувствовать головную боль, тошноту.

4. Негативное влияние басов . При создании музыки все частоты разделяются на высокие, средние, низкие. Используемая в наушниках система предназначается для того, чтобы исключать все низкие частоты, они и представляют собой шум улицы. В системе существует риск «подавить» полезный звуковой сигнал, то есть музыку. Звуковая волна, которая создается в противофазе, насыщена низкими частотами. Как известно, они могут воздействовать на жидкость, вызывая вибрации, соответственно, могут воздействовать и на вестибулярный аппарат, который заполняется специальной жидкостью — эндолимфой. По этой причине из-за мощного баса на определённой частоте могут возникать головные боли.
5. Недостатки в конструкции также могут стать причиной возникновения головных болей . Если дуга наушников является слишком тугой, то она может стать причиной появления раздражения, головных болей. В этом заключается общая проблема накладных наушников, которая не относится именно к системе активного шумоподавления. Изделия должны удерживаться на голове, потому они не должны быть слишком слабыми, так они не будут держаться. Но они не должны быть и слишком тугими, ведь постоянное напряжение может стать причиной повышения давления. Уже через несколько часов прослушивания музыки в таких наушниках начнет болеть голова, а также может появиться ощущение тошноты.

Что следует учесть при покупке наушников с активным шумоподавлением

Такие наушники обладают рядом преимуществ, которые делают их уникальными и современными. Это и комфорт при прослушивании треков, и высокий уровень детализации звука. При этом отмечается безопасный уровень громкости, которые не сказывается негативно на здоровье органов слуха. Но все эти моменты не являются гарантией того, что организм положительно отреагирует на САШ. Если не желаете жаловаться на головную боль, стоит предварительно испробовать наушники друзей или знакомых. Это позволит исключить негативное воздействие системы на ваш организм, на общее состояние, для этого потребуется слушать музыку в наушниках примерно 2,5 часа.

Что в итоге?

Наушники с активным шумоподавлением - удобный инструмент для комфортного прослушивания музыки в условиях современного города . Они хорошо подойдут тем, кто привык не расставаться с любимым радио или плей-листом, но при этом испытывает дискомфорт от «капелек» в ушах. Они также понравятся тем, кто работает в шумных условиях, много ходит по улице или ездит в метро. При этом не обязательно постоянно слушать музыку - можно просто включить систему шумоподавления и оказаться в тишине, находясь при этом посреди шумного мегаполиса.

В целом сегменту беспроводных наушников предсказывают активное развитие, а отказ крупных производителей смартфонов от 3,5-миллиметрового аудиоразъема должен заметно тому поспособствовать. «Шумодав» в таких условиях может стать стандартной опцией для качественных беспроводных наушников. При том что реализация подобной системы в устройстве, где априори есть электронная начинка и элементы питания, выглядит не слишком затратной

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).

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.

Более внимательный взгляд на систему активного шумоподавления

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.

Особенности разработки

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:

• Адаптивный метод удаления: он основан на одном или нескольких микрофонах для обнаружения шума и генерации противошумовой волны.
• Метод синтеза: он включает в себя выборку и сохранение ряда шумовых циклов и генерирование сигнала шумоподавления на основе сохраненной информации.

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.

Пассивный контроль

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».

Выводы

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.