Как работают наушники с шумоподавлением, такие как Apple Airpods Pro?

Как работают наушники с шумоподавлением, такие как Apple Airpods Pro?

Технология шумоподавления, подобная той, что используется в новых наушниках Apple Airpods Pro и Bose, была первоначально изобретена в начале 1980-х годов для предотвращения повреждения слуха у пилотов, а затем использовалась танкистами в армии США. Прочтите эту историю из 1992 года. Новый ученый архив, чтобы понять, как работают наушники с шумоподавлением с использованием антизвука

Технологии


5 декабря 1992 г., обновлено 29 октября 2019 г.

По Барри Фокс

Apple Airpods Pro

В новых Apple Airpods Pro используются концепции шумоподавления, изобретенные в 1980-х годах, чтобы предотвратить повреждение ушей пилотов.

яблоко

Эта статья была первоначально опубликована 5 декабря 1992 г.

Американская компания Bose, наиболее известная тем, что производит большое количество шума с помощью своих громкоговорителей, теперь разработала методику защиты людей от шума. Компания, базирующаяся во Фрамингеме недалеко от Бостона, только что выиграла контракт с американскими военными на производство шлемов для пилотов самолетов и водителей танков, которые нейтрализуют фоновый шум с помощью антизвука.

«Правительство США выплачивает 200 миллионов долларов в год в качестве компенсации за потерю слуха, вызванную военной службой», – говорит Амар Бозе, профессор электротехники Массачусетского технологического института и основатель Bose. «Потеря слуха – частая причина досрочного выхода пилотов на пенсию, уступающая только психологическому стрессу. В отрасли также будет огромный рынок систем шумоподавления ».

Рекламное объявление

Люди, которые работают в шумной обстановке, могут носить беруши, но тогда не могут слышать, что им говорят. Беруши также не заглушают низкочастотный пульсирующий шум, который приходится выдерживать пилотам самолетов и вертолетов, водителям гусеничных машин и людям, работающим рядом с тяжелой техникой. Для блокировки низких частот нужны глушители очень большого размера.

Такой фоновый шум можно нейтрализовать с помощью антизвука. Микрофон улавливает шум, а электронная схема анализирует его и очень быстро производит противоположный шум. Там, где у исходной звуковой волны есть пик, у антизвука есть впадина, и наоборот, так что два компенсируют друг друга. Но попытки использовать антизвук в комнате или кабине не увенчались успехом. Поскольку звук и антизвук отражаются от стен, они не синхронизируются, поэтому общее снижение шума составляет всего около 5 децибел, что едва слышно. (Снижение на 10 децибел делает шумы вдвое громче.)

Изображение, показывающее, как работает шумоподавление

Антишум работает, воспроизводя копию звуковой волны с перевернутой фазой.

Википедия CC BY-SA 3.0

Пять лет назад инженеры Bose разработали наушники со встроенной системой шумоподавления. Они были разработаны для пилотов самолетов “Вояджер”, которые летали по миру без дозаправки, но были очень шумными. Наушники были модифицированы для промышленного использования и будут встроены в военные каски.

Наушники содержат миниатюрные динамики, чтобы другие люди могли разговаривать с владельцем. Рядом с динамиком находится небольшой микрофон, который улавливает смесь голоса и нежелательного фонового шума, проникшего извне. Схема обрабатывает звуковой сигнал, выделяет нежелательный шум, а затем превращает его в антизвук. Этот антизвук затем подается в динамик вместе с голосовым сигналом, чтобы фоновый шум подавлялся, когда он попадает в ухо.

Солдат в шлеме экипажа боевой машины Bose

В 1993 году компания Bose выиграла контракт с армией США на поставку для экипажа танка гарнитуры с шумоподавлением.

Bose

Поскольку полость между наушниками и ухом очень мала, нет места для отражения низкочастотных длинноволновых звуков и их рассинхронизации с антизвук. Звуки с частотами выше 1 килогерца имеют достаточно короткие длины волн, чтобы на них могли влиять отражения, но эти длины волн легче заблокировать из наушников с помощью звукоизоляции. Стенки наушников сделаны из плотного демпфирующего материала, а ободки сделаны из мешочка с силиконовым гелем, который закрывает зазор между наушниками и головой.

В результате уровень шума снижается более чем на 20 децибел. Сейчас Bose продает наушники по цене около 1000 долларов. Компания планирует разработать версию с батарейным питанием, которую пассажиры могут подключить к своей личной стереосистеме, чтобы музыка не заглушалась шумом двигателя. Инженеры звукозаписи могут использовать ту же систему для прослушивания музыкальной записи, сделанной в концертном зале, не отвлекаясь на звук самого оркестра.

Реклама гарнитуры Bose

Реклама наушников Bose, используемых водителями танков и экипажем в 1998 году.

Армейский журнал

Подробнее по этим темам:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *