Звук в нашей жизни играет большую роль, однако, «не все звуки одинаково полезны»:-), некоторые из них носят отрицательный характер, и учёные работают над тем, чтобы преуменьшить их влияние. Среди подобных звуков можно назвать шум разного рода, который, как усложняет восприятие целевой информации, например, в наушниках или открытых помещениях, так и вносит свою лепту в процесс звукового загрязнения окружающей среды. И в связи с этим, мы попробуем подумать, а насколько реально создать своё шумоподавляющее устройство, но не для наушников?
Шум, это по своей сути, та же звуковая волна, которая по своей природе представляет собой колебания элементарных частиц её, чередующихся в виде зон сжатия и разряжения.
Если попробовать представить физику этого процесса в виде графика, то он будет выглядеть примерно следующим образом:
Достаточно давно, ещё в 1934 году американец Пол Люг получил патент на систему, которая по его заявлениям, была предназначена для того, чтобы с помощью инвертирования фазы сигнала (с помощью добавления противофазы к исходному сигналу), погасить ненужный звуковой фон вокруг громкоговорителя.
При этом амплитуда должна сохраняться (то есть, если по-простому, величины максимального смещения всех точек на кривой волны), только волна должна быть зеркально отображена относительно временной шкалы (сразу скажем, что это идеальный случай, и в жизни не встречается):
В дальнейшем эта идея только развивалась и получила широкое распространение в разнообразных системах глушения звука, в частности, во встроенных в наушники разного типа, а также использующихся в технике (например, в салонах автомобилей).
Несмотря на достаточно давнюю историю вопроса, проблема эффективного шумоподавления до сих пор не решена в полной мере. Причиной подобного является достаточно сложная физическая картина, с которой приходится иметь дело, в процессе решения этой проблемы:
- многократное переотражение звука от разных поверхностей;
- прохождение звука через разные среды, с разной скоростью;
- диссоциация звука, при прохождении его через разные среды, в процессе чего разные частоты проходят через среду с разной скоростью;
- невозможность предугадать будущее, так как «машину времени» ещё не изобрели (а только так можно обеспечить полное совпадение фазы и противофазы друг с другом, сгенерировав противофазу точно, в нужный момент);
- несовершенство самой звуковоспринимающей и звукогенерирующей системы, которая не может генерировать звук с достаточной точностью, чтобы он полностью совпадал с оригиналом;
- инертность работы звуковой системы, что дополнительно привносит ошибку в обработку звука.
Поэтому в реальности будет наблюдаться следующая картина (картинка, просто для примера), а, возможно, и хуже:
Но, несмотря на массу проблем, эффективность уже существующих систем, доступных для сборки самостоятельно, вполне заслуживает того, чтобы провести самостоятельные опыты в этой сфере. Да, полное глушение звука не происходит, однако, во многих реальных ситуациях жизни, достаточно даже существенного снижения уровня шума, чтобы качественно увеличить комфортность проживания.
Особенно это важно в настоящее время, в связи с высокой урбанизацией и скученностью населения в больших городах, что вызывает, в частности, необходимость проживания поблизости от оживлённых городских трасс и шумных улиц.
Если посмотреть на существующие в данный момент системы, то принцип их действия, как правило, выглядит следующим образом: микрофон воспринимает шум окружающей среды и подаёт его на вход электронной схемы, которая разворачивает этот шум по фазе, и направляет на выход схемы, к которому, обычно подключено некое звуковоспроизводящее устройство: наушник(и) или динамик(и).
Регулируя силу выходного развёрнутого по фазе сигнала (другими словами, его громкость), можно добиться существенного снижения шумового фона вокруг (с массой ограничений и оговорок, но, тем не менее).
Периодически появляются достаточно интересные стартапы, которые концентрируются на решении проблемы шума, именно с использованием систем шумоподавления, действующих на основе описанного выше принципа. Одним из подобных стартапов является проект Whisper на кикстартере.
К сожалению, проект не смог набрать необходимое количество финансирования, чтобы запустить производство, что, однако не делает его менее интересным.
Проект предлагал систему, состоящую из двух отдельных модулей, связанных между собой по беспроводному каналу:
- внешнего, для размещения за пределами помещения (содержащего микрофон)
- внутреннего, для размещения, соответственно, внутри, содержащего систему воспроизведения звука и управления ей):
Картинка kickstarter
Как заявляли основателя проекта, устройство позволяло снизить типичный уровень городского шума, доходящего вплоть до 110 дБ, до величин в 45 дБ или менее.
На сайте проекта весьма наглядно показаны варианты его применения, в которых система хорошо работает. Если вкратце, то он наиболее эффективен, если источник(и) звука находится перед воспринимающим микрофоном, и устройства размещаются на каждый источник проникновения звука в помещение (на каждое окно):
Картинка kickstarter
Так как проект был снабжён двумя небольшими динамиками для воспроизведения звука, мощностью в 8 Вт, то он не был предназначен для борьбы с особо громкими звуками, однако его вполне было достаточно для снижения загрязнения типичной городской среды. В целях уменьшения шумового загрязнения промышленных помещений, проект планировал в будущем предлагать усиленную версию, с более мощными динамиками.
Система обладала не только свойствами шумоподавления, но и могла выступать в качестве беспроводного средства воспроизведения музыки со смартфона, через bluetooth.
Кстати говоря, на странице проекта есть весьма впечатляющие тесты системы, которые наглядно показывают уровень звука в реальном времени с замерами (было/стало).
К сожалению, сайт кикстартера не позволяет сослаться точно на данное видео или же расшарить его. Поэтому желающие увидеть эти тесты, могут пройти вот по этой ссылке и найти на странице под выделенным заголовком "Protect hearing by wide frequency noise reducing" — видео с тестом.
Конечно, на первый взгляд, можно было бы подумать, что это всего лишь рекламные слова, с помощью которых проект старался привлечь себе финансирование. Однако, как показывают тесты множества других испытателей на YouTube, подобная концепция вполне имеет место быть и работает даже на электронных схемах собранных «левой ногой». Например, в видео ниже, человек собрал тестовую схему, в которой использован микрофон и два динамика. Один динамик постоянно излучает монотонный звук, а другой подаёт противофазу. Хорошо заметно, как сильно уменьшается звук после включения противофазы:
Попробуем прикинуть, а реально ли нам самим собрать нечто подобное рассмотренному выше проекту с кикстартера, для своих собственных тестов?
На самом деле, абсолютно реально и достаточно просто. И в этом нам поможет интересный вид радиоэлектронных компонентов под названием «операционный усилитель»(стоит, кстати говоря, достаточно недорого и можно найти по 20 руб. и даже меньше).
Устройство на электронных схемах имеет следующее обозначение и выглядит как треугольник или прямоугольник:
Картинка статья «Операционный усилитель? Это очень просто!», Алексей Соколюк, cxem.net
Как можно видеть по картинкам выше, как правило, подобное устройство имеет 5 стандартных контактов, два из которых служат для подачи питающего напряжения ( +U, -U), два для подачи входящего сигнала (инвертирующий вход, неинвертирующий вход) и один выход.
Входы устройства предназначены для подключения его в нескольких вариантах, однако нам наиболее интересен вариант «инвертирующего включения», это означает, что если на вход устройства подать сигнал, то на выходе будет тот же самый сигнал, только развёрнутый по фазе.
Картинка статья «Операционный усилитель? Это очень просто!», Алексей Соколюк, cxem.net
Как можно видеть, в схеме присутствует переменный резистор отрицательной обратной связи (Rooc), назначение которого заключается в том, что мы можем менять степень усиления, или, если сказать по-простому, можем менять выходной сигнал, вплоть до полного его отсутствия (как вы могли видеть выше, где тестировалась система с кикстартера, там в видео теста шумоподавления используется примерно аналогичный способ контроля усиления с помощью ползунка, насколько удалось заметить, сенсорного). Способ работы этого резистора, заключается в том, что «плюс на минус дают ноль». То есть если мы будем примешивать определённый процент выходного инвертированного напряжения к входящему, то, чем больше мы его примешиваем, тем больше обнуляется входящее, что соответствующим образом влияет и на выходной сигнал, вплоть до его полного отсутствия.
Теория работы этого устройства достаточно обширна и интересна, и вы можете её, при наличии интереса, более подробно прочитать по ссылке здесь. Кроме того, даже на хабре есть развёрнутая статья на эту тему.
Устройство выполнено в различных корпусах, которые для выводного монтажа могут выглядеть примерно так:
Картинка статья «Операционный усилитель? Это очень просто!», Алексей Соколюк, cxem.net
Каждое такое устройство, благодаря своей компактности позволяет разместить в одном корпусе от двух до четырёх полностью независимых операционных усилителей.
Возвращаясь же к нашей системе шумоподавления, есть инвертирующая схема для подключения микрофона:
Картинка radiohlam
Где использованы следующие номиналы деталей:
- R1, R2: 47кОм
- R3: 1 кОм
- R4: 100 кОм
- R5: 4,3 4,3 кОм
- R6: 47 кОм
- С1 (керам.): 0,1 мкФ, 6В
- С2 (электролит): 100 мкФ, 3В
- С4 (керам): 4,7 нФ (или любой от 1 до 10 нФ)
- С3 (керам): 10 мкФ
- С5 (керам): 10 мкФ
- Операционный усилитель: LM358 (или любой на 3В)
Однако, кроме схемы усилителя, понадобится ещё и усилитель звука для динамика. В принципе, можно использовать любой, который поддерживает подключение линейного сигнала, либо даже попробовать использовать самый простой усилитель на трёх деталях:
- Транзистор TIP41A
- Переменный резистор(регулятор громкости) 100 кОм
- Конденсатор 35В, 470 мкФ
И подключить его к выходу с операционного усилителя:
Кроме того, для проекта подобного на кикстартере, понадобятся ещё и плоские мощные динамики, их можно найти на известном китайском сайте, искать по ключевым словам «плоские динамики». Точную ссылку не даю, дабы не реклама (ниже показана версия на 10 ватт):
Ну вот, в общем-то и всё. Никто не мешает вам провести свою собственную серию экспериментов, и посмотреть, насколько оно применимо для вашей ситуации!
Кстати говоря, в порядке вникания в эту тему, появилась интересная мысль: если мы не можем заглянуть в будущее, чтобы сгенерировать идеальную противофазу, может быть — мы можем замедлить скорость звука, для того чтобы дать больше времени для реакции электронной системы?! Почему это важно: практически всё в системе шумоподавления поддаётся контролю (с тем или иным уровнем усилий и усложнения системы), однако в классическом варианте — нельзя контролировать время. А если фаза и противофаза идеально не совпадают, то «всё остальное не имеет смысла» (понятно, что утрированно сказано, в реальности не всё настолько плохо). Но хотелось бы контролировать и этот, самый сложный компонент системы (в реальной жизни для этого иногда максимально далеко относят микрофон от звукоизлучателя, чтобы дать больше времени для электроники; но это не контроль скорости волны в чистом виде).
Несмотря на кажущуюся бредовость подобной мысли, она имеет некоторое основание для существования. Дело в том, что скорость прохождения звука через разные среды – различна и это общеизвестно:
Картинка wikipedia
Согласно классической теории, при прохождении звука через среду, происходит уменьшение его амплитуды, при этом скорость прохождения сохраняется неизменной (не совсем точно нарисовал, но, я думаю, вы меня поняли):
Однако, возможно, подобное является константой, только при стандартных условиях? Возможно, при складывании определённой ситуации (наличие стоячих волн на пути звука, воздействие на него какими-либо излучениями и т.д.) — имеется возможность искусственно изменить его скорость или даже совсем остановить? То есть, воздействовать на среду таким образом, чтобы она изменила условия прохождения звука (т.е. если ещё проще: звуковая волна ещё не дошла до слушателя, а мы уже имеем её «полный портрет» и успели сгенерить противофазу). Достаточно любопытный вопрос, который теоретически может привести к интересным выводам и устройствам… Но тут требуется уже помощь физиков.
Подытоживая рассказ о системах активного шумоподавления, нужно сказать, что они вполне успешно работают, но только в диапазоне частот, примерно от 100 до 1000 Гц. Это связано с тем, что звуки с частотой ниже 100 Гц достаточно проблемно заглушить с использованием слабых маленьких динамиков, глушение же более высоких частот от 800 Гц и более, приводит к неоднозначным результатам, когда глушение звука происходит для одного уха, а для другого, — может произойти даже усиление звука. Подобные явления связаны с длиной волны.
Кроме того, для эффективного шумоподавления важное значение имеет подстройка всей системы к геометрии объёма, в котором распространяется звук (внутренность человеческого уха, если это наушники; форма салона, если это система для автомобиля).
Говоря же об эффективности, можно сказать, что в общем случае она может достигать 50% и более, особенно если используются дополнительные ухищрения:
- предварительный анализ распространения звука в ухе человека (если это система для наушников), с помощью установленного внутри наушника микрофона, направленного внутрь уха, и последующая подстройка электронной системы под результаты анализа;
- подмешивание в звук маскирующего тона, который не глушит шумы, а скрывает их;
- прогнозирование будущих звуков, особенно если они монотонные, технологического типа (хорошо работает для различных фабрик, заводов, когда некий механизм работает с определённой периодичностью и система с высокой вероятностью может предугадать, с какими интервалами и какой звук будет издавать механизм, соответственно, сгенерировать для этого звука противофазу).
Таким образом, мы видим, что идеального универсального рецепта глушения шума не существует, тем не менее — уже известные способы вполне работают (с некоторыми оговорками), и позволяют даже провести серию самостоятельных опытов в этой области.
Telegram-канал с полезностями и уютный чат
Комментарии (81)
Mishootk
03.11.2022 12:30+8Хм, никто не задумывался, а идея возникла моментально. Активное шумоподавление для домашнего компьютера. У нас есть несколько вентиляторов и жестких дисков. Клавиатура и мышка. Иногда вот все это очень мешает в одной комнате сидеть за компьютером, когда кто-то еще пытается поспать. Причем часть звуков очень предсказуема (вентиляторы и диски), а остальная часть звуков (мышка, клавиатура) достаточно однообразны и их источник всегда в одном месте. Шорох бумажек и пишущих инструментов видимо тоже под глушилку попадают. Причем то место, в котором надо обеспечить тишину тоже четко определено. Думаю, что "купол тишины" для кабинета-спальни очень востребован. Умел бы в этом направлении - сделал бы своим pet-project.
Alexufo
03.11.2022 13:40новые hdd (5 летней давности Хитачи) не так шумят как ранее. Но да это то что сложно снизить.
Корпус открыт, там всего два кулера - цп и бп. Оба работают тише hdd т.е вообще не слышно.
мышь на тихих кнопках
Спать можно при этом, совсем не мешает.
Mishootk
03.11.2022 14:06+4Ожидаемый ответ. Спорить не буду, все субъективно. Я вот в году 95 спал фод фидошную станцию с релюшковым модемом.
Один и тот же компьютер, одна и та же кровать. Я сплю, жена работает - норм, ничего не мешает. Жена спит, я работаю - катастрофа. Внешние признаки работы одинаковые - набор текста на клавиатуре и щелканье мышкой. Интенсивность одинаковая.
Drayden
03.11.2022 14:04-3Самое прекрасное, что в компьютере уже есть и микрофон, и динамики.
Осталось только написать простенький софт!
DAN_SEA Автор
03.11.2022 14:14+3"В ноутбуке", вы хотите сказать? ;-) Потому что в моём стационарном компе никаких микрофонов нету.
Drayden
03.11.2022 14:27Ну, привык я уже, что микрофонов вокруг дохрена. И в наушниках, и стационарные, и даже телефон можно подключить через утилитку. Так что - даже если нету, то есть вариант ;)
Rajken
03.11.2022 14:11шум дисков можно игнорировать, т.к. с этим шумом в современном мире лучше всего справляются SSD :)
Когда и на сколько включаются вентиляторы можно считывать прямо из системы и сразу генерировать подавление нужной мощности. Нужен конечно микро для калибровки, но конкретно эта часть, мне кажется, потенциально будет работать очень хорошо. Получается такой USB-динамик, который клеится на корпус компа. Данные о нажатиях на кнопки тоже можно получать, но не уверен насколько велика будет задержка.
isden
03.11.2022 16:53+2Можно просто и скучно заменить вентиляторы на тихие :)
И будет слышно только шум воздуха.Mishootk
03.11.2022 17:24Вы представляете, есть жмущаяся семья в одной комнате, вынужденная работать по ночам. У которой старый шумящий комп и бряцающая клавиатура с мышкой. Возможно даже не шарящая в компах (что досталось пять-десять лет назад, на том и подрабатывают). Вы предлагаете им полный апгрейд системы не вписывающийся в бюджет ну ни как. А устройство из разряда "кактус перед монитором" за пару тысяч в серийном производтстве, либо в качестве подарка - вполне себе решение.
Вот, даже маркетинговая идея случилась - облик устройства. Кактус. Привычное и понятное. Защищает от компьютера.
В принципе железо умной колонки возможно приспособить под эту задачу. Она умеет постоянно чутко слушать и снабжена хорошей аккустикой. Просто в прошивку добавить опцию "купол тишины".
isden
03.11.2022 18:19+4В формате "кактус перед монитором" оно работать не будет в принципе.
Шум от системника идет во все стороны, отражается от стен и мебели. Надо подавлять либо источник шума, либо по всем поверхностям системника.
vadimk91
04.11.2022 09:22+1В старых noname системниках вентиляторы как правило неуправляемые, все время работают на полной скорости и шумят сильно, а после многих лет работы требуют если не замены, то хотя бы смазки (помогает правда это ненадолго), одной капли веретенного масла достаточно. Клавиатуры, которые не механика, сейчас практически не слышны, вот не щелкающих кнопок мышек не встречал. Всё-таки лучше бороться с источником, чем с последствиями.
F1eex
05.11.2022 07:51+1одной капли веретенного масла достаточно
Жидкое силиконовое масло в моей практике зарекомендовало себя лучше. Два года не шумят вентиляторы после смазки.
isden
05.11.2022 09:52У силиконового есть один минус — когда оно наберет в себя мелкой пыли, вы замучаетесь удалять всю эту кашу из самых труднодоступных мест.
В случае обычного минерального масла все это неплохо промывается изопропиловым спиртом.F1eex
05.11.2022 11:28А можете поделиться опытом, через какое время это случится? Когда смазывал внутри вентиляторов не видел пыли, там подшипник закрыт пластиковой крышкой и заклеен наклейкой. Также смазывал направляющие струйных принтеров и результат лучше веретенки.
isden
05.11.2022 11:46Я когда-то давно смазывал не кулер в системнике, а вывод движка вентилятора в холодильнике. Примерно года через 4 он начал жужжать и свистеть. При осмотре обнаружилась эта каша из пыли и силиконового масла, на удаление которой я убил очень много времени.
По поводу комп. кулеров — летом разбирал и чистил от пыли старый ноут (ну ему лет 5-6 где-то, ни разу не чистился) — там даже внутри заклеенного вентилятора, на его оси и катушках была мелкая пыль, хоть и не очень много. Видимо все-таки просачивается.
Большие комп. кулеры у меня все свежие, тут пока ничего не могу сказать.
Javian
05.11.2022 20:52Жидкое ускоряет износ подшипника скольжения. Поэтому лучше использовать более вязкое.
Gordon01
04.11.2022 14:10А устройство из разряда "кактус перед монитором" за пару тысяч в серийном производтстве, либо в качестве подарка - вполне себе решение.
Нет конечно, предполагаемое устройство будет стоить как дорогая умная колонка, то есть в несколько раз дороже чем описываемый вами системник
voted
04.11.2022 14:02-1Хочу заметить что SSD точно так же шумят как и диски, но если в случае с дисками это шум движения головок, то в случае SSD шумят дроссели питания, т.к. в случае операций записи или чтения резко меняется профиль потребления, шум тише, но реально ни разу ещё бесшумного SSD не видел.
Gordon01
04.11.2022 14:28+5У вас какие-то неисправности, либо дешевое железо, либо разъемы разболтанные.
SSD потребляют копейки, у них крошечные питальники и полностью бесшумная работа.
serafims
03.11.2022 21:47+2KVM-удлинитель за 100 долларов, комп в шкаф, а под клавиатуру вполне уснуть можно. вместо мышки - тачпад.
Sap_ru
04.11.2022 03:04+5Тихо будет только в некоторой небольшой зоне. В остальных местах только шумнее станет. А в некоторых - в два раза шумнее.
Javian
04.11.2022 06:53Под статьёй @DAN_SEA я предложил гасить шум через DSP т.к. подозреваю, что интерференционная картинка от простых источников может дать нежелательные эффекты. https://habr.com/ru/post/678248/#comment_24551586
Antonto
04.11.2022 10:16На Кикстартере был похожий проект. Не могу найти, к сожалению. Садитесь в кафе, ставите в центр стола коробочку и в тишине общаетесь - весь шум снаружи приглушается. Выглядело так, но в реальности не уверен, что возможно.
hbrmrk
04.11.2022 10:34+2Скам. Тут товарищ их поносил. Не сказать, что его аргументация железная, но та штука просто противоречила физике
voted
04.11.2022 14:20+1В 2006 году в комплекте к материнским платам Asus P5B Deluxe шёл шумоподавляющий микрофонный массив (SoundMAX Superbeam), не скажу точно как называлась эта технология, но суть заключалась что втыкаешь его в компьютер, располагаешь на определенном расстоянии от себя до источника шума (компьютера), в зависимости от расстояния до колонок, скачиваешь софт от Асуса, и получаешь "Купол тишины".
Одно могу точно сказать - у них не взлетело, может это идея конечно не вовремя пришла как с Apple Newton.
0x131315
04.11.2022 16:10+4Оно в принципе не может взлететь, т.к. глупость в своей основе.
В экспериментах с двумя динамиками окружение контролируемое: источник звука один, расстояние до него известно, позиция микрофона и слушателя тоже.
В реальности источников звука много, они с разных направлений, так что эффективно их глушить противофазой можно только имея все стены, потолок и пол, обвешанные динамиками, имея несколько массивов микрофонов в разных точках помещения, и отслеживая позицию и ориентацию ушей слушателя - это практически нереально. А если слушателя будет хотя бы два - вообще вся затея накрывается даже в теории, или как минимум сложность увеличивается на порядок, т.к. нужно налету вычислять множество конфигураций звукового поля и выбирать те из них, которые сработают для обоих слушателей, и то не факт что такие конфигурации будут существовать. И потом, даже если каким-то образом купол тишины установлен, он не будет работать как в кино: он сфокусирован только на слушателе, весь шум издаваемый слушателем всем окружающим будет отлично слышно, как и весь дополнительный шум, производимый массивами динамиков - как минимум соседи явно будут недовольны мощной какофонией шума 24/7.
Так что единственное что взлетает - это наушники с шумоподавлением, там позиция ушей точно известна, и все звуки с одного направления приходят.
А в квартирах лучше всего шумка работает. Остальное остается для фокусов и выбивания финансирования.
xSVPx
04.11.2022 14:28+1Нет. Не востребован.
Никогда не выключаю комп. Но тихо.
Потому, что путем сверления одного отверстия его удалось поместить в соседнее техническое помещение. (Коридор, туалет, лоджию итп).
И ничего не надо городить...
Akr0n
03.11.2022 16:06+7Проблема в том, что у многих людей голова начинает болеть от подобных систем, а если не болит, тот ещё не известно как это все влияет на бессознательном уровне, эволюция же к такому не готовила. Не вышло бы последствий хуже, чем от самого шума.
104u
03.11.2022 18:24+1А у вас есть какие-либо гипотезы, каким образом это может влиять на что-то на бессознательном уровне? Мы же подаём тот же самый сигнал в противофазе, и если исходящий звук повернут ровно на 180° по отношению к входящему — мы получаем тишину. В противном случае (если совпало не идеально) получим уменьшение уровня сигнала с его (сигнала) искажениями
Лично мне кажется, что голова может болеть из-за недоработки системы шумоподавления, например из-за несовпадения фаз
alexyr
03.11.2022 19:03+4мне лично активное шумоподавление ощущается физически, как давление на уши. говорю как активный пользователь. так что в итоге пользуюсь в основном в самолётах, где уровень шума оправдывает... дома стал отключать, ибо больше устаю. как было сказано в статье, идеальной системы нет.
iShrimp
03.11.2022 21:26Может быть дискомфорт от того, что система эффективно подавляет средние частоты, но не справляется с самыми низкими и высокими. Или наушники сами резонируют из-за непредсказуемо кривой отливки. В результате вроде бы кажется, что тихо, но уши болят от еле заметного высокочастотного свиста.
dem0crypt
04.11.2022 18:41Ощущение точно не похоже на высокочастотный шум, даже на те что возникают при высокоинтесивных звуках с частотой около границы восприятия. Там именно ощущение давления на барабанную перепонку. По этой же причине никогда не пользовался активным шумодавом и перешел на наушники с гофрой из полиуретановой пены.
104u
04.11.2022 20:25А скажите, этот эффект проявляется на разных шумоподавителях? Честно говоря, у меня нет ничего с активным шумоподавлением, поэтому я лишь предполагаю, что это сильно может зависеть от его устройства
corolorn
03.11.2022 23:23+3была статья на хабре об этом. Найти не смог. Суть в том что в головном мозге и так есть система подстройки и фильтрации фонового шума. Добавление дополнительного подавляющего шума, перегружает эту систему. Тупая физиология.
novoselov
04.11.2022 10:37Можно заменять на шелест листьев, пение птиц и шум воды.
А вообще наиболее интересный вариант это замена на умные стекла в самом окне, одно стекло прием и первоначальное физическое глушение сигнала, область пониженного давления между и стекло генерирующее всей поверхностью шумоподавляющий сигнал и тихий приятный шум.
Didimus
04.11.2022 11:40- у меня кулер то шумит, то не шумит. Вот сейчас под окном болгаркой пилят и не шумит (с)
Vsevo10d
04.11.2022 16:55Я бы хотел такое почитать, потому что ОЧЕНЬ сильно сомневаюсь. Насколько я знаю физиологию, тут смешаны мухи и котлеты.
Динамик в противофазе физически гасит сами волны звука. То есть, уменьшает их амплитуду, и ваши собственные барабанные перепонки физически меньше колеблются.
То, что вы описали - действительно существует и имеет название, которого сходу не помню, но принцип там такой, что при получении сигнала от рецепторов в течение некоторого времени ЦНС на уровне восприятия импульсов абстрагируется от них, что работает на многих типах воздействия (вы же задницей стул не чувствуете все два часа сидения на нем, или не контролируете угол коленного сгиба?). То есть, эти системы ортогональны, и то, что до ваших перепонок долетает менее сильный шум, вряд ли как-то вообще мешает вам абстрагироваться от внешних раздражителей.
То, что описывают многие люди - типа шумодав давит на уши - не знаю, индивидуальная восприимчивость, вообще ничего такого не замечаю.
Skykharkov
04.11.2022 02:46+3Я как-то попытался усидеть в безэховой и звукоизолированной камере. Надо было логи с девайса, который там гоняли забрать. Забирать по COM порту, а объем большой. Поставил читаться логи на ноуте и сижу жду. Минуты через три, от абсолютно полной тишины, стало очень некомфортно и если не двигаться и не "шебуршать" самому, становится слышно как бьётся собственное сердце. Очень некомфортно. Ожидал загрузки логов за пределами комнаты. Естественные шумы нужны...
Vsevo10d
04.11.2022 17:00Тут скорее играет роль именно безэховость. Ушные раковины и всякие прочие противокозелки специально есть у человека, чтобы ловить малейшие нюансы в распространении и отражении звука, и мозгу некомфортно, что вроде бы испущенный звук уходит в никуда. Я каждый раз, когда переезжал и собирал из комнаты вещи (сама мебель оставалась), удивлялся, как же вдруг стало гулко от того, что некоторое количество звукопоглощающего барахла типа одежды и книг на полках исчезло из помещения, так что к этому человек очень чувствителен.
104u
04.11.2022 20:36Странно, я видел на канале veritasium его ролик о безэховой камере, ему там норм было. Возможно, это зависит от конкретного человека. В любом случае, мы рассматриваем вопрос о влиянии результата шумоподавления на мозг и пока высказана гипотеза о том, что фильтрация шума в голове уже есть. Да, человек перестает замечать лишний шум, если долго находится в шумном городе, если где-нибудь какой-нибудь станок громко работает или что-то в этом духе. Но действительно ли попытка уменьшить этот шум приведёт к большему вреду, чем этот шум?
vadimr
04.11.2022 16:50Если совпало не идеально (а фазы не могут совпасть в точности), мы получаем биения, которые по амплитуде могут превосходить исходный сигнал, а по спектру представлять собой нечто совсем кривое. Это рассмотрено в статье.
104u
04.11.2022 20:19Да, так и есть, я и уточнил, что на выходе будет нечто с уменьшенной амплитудой и неизвестным спектром (для случайно взятого шумодава). То есть на входе один шум, на выходе другой, только с меньшей громкостью. Но мне интересно, на чем основывается гипотеза о вредном влиянии этого шума на мозг?
vadimr
04.11.2022 21:49Не знаю, как влияние на мозг, но человек вообще обычно плохо воспринимает звуки со сложным спектром, предпочитая гармонические колебания или их простые комбинации. Это с одной стороны.
С другой стороны, любой человек, который присутствовал при работе системы акустической маскировки или тому подобных химозных звуковых сигналов, знает, что после этого остаются неприятные ощущения.
Кстати, в визуальном канале та же фигня, отчего нам приятно смотреть на радугу* и неприятно - на мельтешение в бабушкином телевизоре без антенны.
* Не является пропагандой нетрадиционных сексуальных отношений.
isden
05.11.2022 09:57С другой стороны, любой человек, который присутствовал при работе системы акустической маскировки или тому подобных химозных звуковых сигналов, знает, что после этого остаются неприятные ощущения.
Кстати, в визуальном канале та же фигня, отчего нам приятно смотреть на радугу* и неприятно — на мельтешение в бабушкином телевизоре без антенны.Как говорили раньше — "отучаемся говорить за всех" :)
DAN_SEA Автор
03.11.2022 18:59Кстати говоря, у кого ардуинка есть на руках - можно и с её помощью провернуть разворот фаз: принять на аналоговый пин сигнал с микрофона, развернуть(программно) и передать на другой аналоговый пин - с которого кинуть на усилитель. Или как вариант, сразу кинуть на усилитель без вывода на аналоговый пин (есть всякие усилки типа I2S и т.д. и т.п.).
jakobz
03.11.2022 21:21+4Чтобы «развернуть» сигнал, надо просто у динамика провода местами поменять.
DAN_SEA Автор
03.11.2022 21:35-2Могу ошибаться, но насколько я понимаю, это не развернёт фазу, а всего лишь заставит динамик колебаться в другую сторону. По опыту, звук станет несколько более глухим, т.к. динамик начнёт "долбить" внутрь колонки, вместо того, чтобы "долбить" наружу. Т.е. грубо говоря, поменяется направление излучения звука. А смена фазы это несколько другое.
jakobz
03.11.2022 22:58+1Там это и надо. То, что в статье называется "развернуть фазу" - это такое витиеватое название для "развернуть динамик в обратном звуку направлении". Т.е. чтобы он компенсировал сигнал в обратную сторону. Это как если две колонки напротив друг друга поставить.
Только, как заметили уже - это так просто не работает. В какой-нибудь условной трубе, звук может двигаться примерно прямо, и его можно компенсировать обратным действием. Например - в наушниках примерно такая история. Хотя там, конечно, в разы все хитрее - система микрофон-динамик-ухо имеет хитрую импульсную характеристику (типа АЧХ), ее надо как-то угадать, и цифровой обработкой делать на нее поправку.
Но, в целом, колебания распространяются в объеме. И там задача даже в теории не решается. Разве что, может быть, в теории можно заглушить звук из одной точки в какой-то другой одной точке. Снимают же импульсную характеристику помещения, а тут обратная задача.
С каким-то идеальным окном тоже может сработать - если сделать какие-нибудь допущения - типа что оно само идеально упругое, и движется строго по одной оси.
На практике, через всякие хитрые приемы, совместно с правильными материалами, активным шумоподавлением можно добиться ощутимых результатов. В машинах вон вроде делают.
iShrimp
03.11.2022 21:42Для начала стоит заметить, что эффективность всей этой схемы сильно зависит и от степени "кривизны" её АЧХ, и от акустической характеристики помещения. Без учёта АЧХ и ФЧХ мы рискуем получить не подавление, а усиление шума на некоторых частотах. Не зря за рубежом уделяют много внимания теме Digital room correction.
Поэтому, если уж зашла речь про Ардуино, то лучше взять STM32F4 (black pill), подключить 2 микрофона - один за окном, другой в позиции слушателя, снять импульсную характеристику (через БПФ) и решить проблему шума радикально по всей доступной полосе частот, кроме самых высоких, где фаза зависит от положения слушателя.
Jury_78
03.11.2022 19:19Согласно классической теории, при прохождении звука через среду,
происходит уменьшение его амплитуды, при этом скорость прохождения
сохраняется неизменнойЧто то у меня сомнения на счет этого... Да, если среда неизменна, но в реальности где это выполняется?
имеется возможность искусственно изменить его скорость или даже совсем остановить?
В вакууме звук не распространяется. :) В среде с высокой вязкостью должно хорошо затухать.
На мой взгляд активное шумоподавление само может быть источником шума. Хорошо если это локализовано в ограниченной области, наушники например.
Sdima1357
03.11.2022 20:26+7Нельзя подавить шум противофазой во всем помещении конечным количеством точечных излучателей. Будут стоячие волны с миниумами и максиумами. Нужно знать где находятся уши чтобы подавить шум точно в точке приема (ухе) из-за разности пространственных фаз. Поэтому микрофоны должны висеть на ушах. И все равно полностью не получится, уха то два. Была обратная задача - чтобы телевизор слышал только один человек (без наушников). Так вот , ее тоже не решили.
iShrimp
03.11.2022 21:48+2Шум из окна в этом смысле "удобен" тем, что он преимущественно низкочастотный, и с ним справиться проще. Что касается обратной задачи, для этого можно использовать ультразвуковой луч...
Radio-VAVAN
03.11.2022 21:53+1Пару раз реализовывал шумоподавление системного блока радикально - выносом его на застеклённый балкон и пару раз - в соседние комнаты, где их шум никому не мешал. Цели у частных клиентов работать во время чьего-то сна именно в спальне не было - хотели просто работать в тишине во время рендеров всяких. Звуки клавиатур и мышей их устраивали )), но вот звуки двух или четырёх системников (в сетевом рендере V-Ray в 3D-Max) накаляли даже бодрствующих )) Конечно без апгрейда систем охлаждения и дополнительных вентиляторов с воздушными фильтрами не обходилось, но и их не было слышно ))
Аккуратное отверстие в стене для нужных кабелей на балкон и обратно решало проблему шума от системных блоков ))
Но вот именно с необходимостью спать рядом с компьютером не сталкивался...
Просто вспомнились эти случаи из практики, надеюсь, кому-нибудь поможет идея ))
Как мне кажется решение некоторых задач не обязательно выполнять в заданной плоскости, если решаются они быстрее и проще с другой стороны))
Как, например, кто-то (в сети)) на финальном собеседовании группы сисадминов решил задачу прекращения\блокирования доступа в сеть таких же, как и он кандидатов, сидящих на этом же собеседовании рядом за другими компами...
(соревнование, типа, в мастерстве и скорости отключения соседей по сети)))
Он просто подошёл ко всем соперникам и повыдёргивал у них кабеля из сетевух )))
.
Всем удачи и успехов! ))jakobz
03.11.2022 23:11Сейчас продаются "удлинители" HDMI/USB по оптике. Ща погуглил - цены вроде терпимые. Но сам не пробовал.
У Linus Tech Tips была серия, где он мега-комп с 4-мя GeForce на всю семью собрал, и поставил в кладовке. Ну т.е. если заморочиться (например при ремонте) - можно сразу развести так, чтобы и с телека порубать, и с обустроенного рабочего места поработать, а комп будет жужжать на балконе/кладовке/подвале дома.
Serge78rus
04.11.2022 13:58"мега-комп с 4-мя GeForce на всю семью собрал, и поставил в кладовке" - мне кажется в этом случае при работе с полной нагрузкой придется уже решать вопрос охлаждения этой самой кладовки и эта система охлаждения тоже будет создавать шум, причем не только внутри кладовки.
aamonster
04.11.2022 03:45+3Экспериментов вы, я так понимаю, не проводили?
Подскажу. Идея в том виде, в котором вы её описываете, изначально провальная. Убедиться в этом можно даже без эксперимента, просто смоделировав: берём источник звука и "приёмник" (человека), настраиваем систему на полное подавление звука, а затем перемещаем или источник, или приёмник (скажем, на половину длины волны)
Какой-то шанс на результат даёт множество микрофонов и множество динамиков, причём так, чтобы динамики были ближе к слушателю.
Ну или вернуться к классике: совмещаем микрофон, динамик и приёмник, математика упрощается. Получаем наушники с шумоподавлением :-)
dunkelfalke
04.11.2022 09:28О чём, собственно говоря, и рассказывается в ютуб-видео из поста. Такое чувство, что автор его либо не посмотрел, либо не понял.
aamonster
04.11.2022 10:20+1Специфика данного автора (уже не первая его статья, я вначале стал отвечать, потом обратил внимание на имя). Любит изобретать, но ленится изучать теорию в той области, где изобретает, получаются просто фантазии.
SquareRootOfZero
04.11.2022 07:44+1"мы не можем заглянуть в будущее, чтобы сгенерировать идеальную противофазу, может быть — мы можем замедлить скорость звука" - почему не сделать так: повесить кольцо микрофонов на некотором удалении, а динамики для генерации противофазы поставить прям рядом: шум с микрофонов приходит по проводам со скоростью света, реальный шум приходит по воздуху со скоростью звука, вот и "заглянули в будущее".
pechenyshko
04.11.2022 10:17Еще одним нюансом таких систем может стать вопрос информационной безопасности. После прочтения статьи сразу вспоминаются экраны Большого Брата из Оруэлла :)
В целом, задумка очень интересная!
xkb45bkc4
04.11.2022 10:18+2Как по мне все дело в привычке. Во времена медленного интернета и торрентов на ночь — шум совсем не мешал. Когда скорость интернета подняли — мучился и не мог понять, как же заснуть в этой тишине. Железная дорога тоже раздражала по началу, а потом спал с открытыми окнами и не слышал проезжающих электричек.
Я это к тому, что к фоновому шуму привыкнуть можно, а к соседскому перфоратору никак.
Mike-M
04.11.2022 13:36Да что там к соседскому перфоратору… Даже к сильному хлопанью соседской входной двери сложно привыкнуть.
А ведь решается очень просто. Надо всего лишь при закрытии двери опускать её ручку вниз, до упора.
Gordon01
04.11.2022 14:02+1Проблема в том, что идея борется со следствием, а не причиной.
Основной источник шума — автотранспорт.
Даже если шумоизолировать свою клетку в коробке, осознание того что живешь в клетке никуда не уйдет. Как и ментальные проблемы, вызванные этим.
Как заявляли основателя проекта, устройство позволяло снизить типичный уровень городского шума, доходящего вплоть до 110 дБ
110 дБ — это не город, а район экологического бедствия, откуда надо скорее эвакуироваться, а не обвешиваться шумодавами.
Особенно это важно в настоящее время, в связи с высокой урбанизацией и скученностью населения в больших городах, что вызывает, в частности, необходимость проживания поблизости от оживлённых городских трасс и шумных улиц.
Почему-то совсем забываете о том, что есть города, где шума от машин значительно меньше.
https://www.youtube.com/watch?v=CTV-wwszGw8
ну и вот отличное: https://www.youtube.com/watch?v=LB-vsT1Sl68
vadimr
04.11.2022 17:02Ну это у кого как. Лично у меня в квартире автотранспорт совершенно точно не входит в число основных источников шума, она находится в глубине жилого квартала. При этом я живу в одном из наиболее населённых районов третьего по населению города Европы.
Ну и ментальные проблемы – тоже у всех свои.
Если не жить открытыми окнами на автотрассу, то основными источниками шума в городе, как правило, являются электрические устройства в собственной квартире (вентиляторы, трансформаторы, hdd, кондиционер, холодильник и т.д.) и находящиеся по соседству люди, животные и птицы.
Иногда ещё водопровод. Я в Стокгольме останавливался в достаточно приличной гостинице в номере глубоко под землёй (стокгольмцы обожают всяческие норы), так там водопровод в основном шумел. Хотя в нескольких сотнях метров был центральный ж/д вокзал, но гранит, в котором вырублены помещения, абсолютно звукоизолирует.
Obormottt
05.11.2022 08:24дался вам этот город и эта квартира с автотранспортом.
системы актуальны прежде всего для производств, где нужно разместить кабинет рядом с реально громким источником шума, и невозможно сделать нормальную пассивную шумоизоляцию. мало ли по каким причинам.
поэтому просто привозим красивую коробочку, клеим на стекло, включаем в розетку и станки за окном становятся еле слышными, уже можно нормально говорить по телефону.
Squoworode
05.11.2022 14:41Работал на производстве в кабинете рядом с реально громким источником шума.
Как ни глуши шум в воздухе, он всё равно будет распространяться через пол и стены.
Gordon01
05.11.2022 18:04+1В этих случах шумка и стеклопакет дешевле, проще, надежнее, эффективнее и работает без электричества.
Tim_23
04.11.2022 16:08Выглядит все конечно красиво, и эксперименты с синусоидальными сигналами почти работают, только шум и называется шумом, что представляет собой бесконечный набор частот (белый шум, коричневый шум и пр.). То есть по сути шумодавитель должен в реальном времени анализировать достаточно точно спектр (вопрос в какой полосе частот и с каким шагом спектра) и выдавать такой же "инвертированный" спектр или близкий к нему. Задача на мой взгляд нетривиальная, мало реализуемая с точки зрения больших пространств, где шум еще и хаотичный, а не постоянный(для идеальных эргодических процессов такое можно сделать).
Для наушников наверно это работает (хотя сам честно не пробовал подобные устройства).
tormozedison
04.11.2022 16:19В какой-то точке помещения окажется тише, в какой-то громче. А может оказаться так, что тише станет у вас, а громче - у соседей, и вы даже знать об этом не будете.
0serg
04.11.2022 17:49невозможность предугадать будущее, так как «машину времени» ещё не изобрели (а только так можно обеспечить полное совпадение фазы и противофазы друг с другом, сгенерировав противофазу точно, в нужный момент);
Можно предугадать будущее, можно. Скорость распространения звука конечна и не очень велика, потому электрический сигнал ее труда может "обогнать". По меркам электроники 33 мкс за которые звук проходит 1 см это очень много. Для современного CPU например это больше 150 тысяч тактов.
Проблема (как уже писали выше) в том что давить звук надо не в одной точке а как минимум в одной плоскости. Фаза в разных точках которой будет разной (и зависит от направления на источник звука и расстояния до него). Бесконечного числа излучателей правда не требуется, прямоугольный массив звукоподавителей во всю стену с некоторым шагом (по сути фазированная решетка) может дать очень хорошее приближение, но все равно это слишком сложно.
Tim_23
04.11.2022 18:31Для одного канала да. А если система многоканальная, и необходимо делать Фурье-анализ в реальном времени, с АЦП частотой опроса хотя бы 20 кГц, будет тяжеловато, придется ставить рабочую станцию рядом и слушать ее шум)
tuxi
04.11.2022 18:28В дальнейшем эта идея только развивалась и получила широкое распространение в разнообразных системах глушения звука, в частности, во встроенных в наушники разного типа, а также использующихся в технике (например, в салонах автомобилей).
Значительно раньше. Вторая половина 70-х годов, военные вертолеты. В 80-х годах - первые применения в салонах гражданских авиалайнеров.
oleg_rico
04.11.2022 20:01+2Шум от автотранспорта достаточно легко убирается хорошими окнами с вакуумной прослойкой. Главная проблема современных домов это межквартирные шумы потому что шумоизоляцией современные строители себя не озадачивают. И вот как убрать басы любителя послушать музыку в другом подъезде, если у тебя стены не метровой толщины?
n0wheremany
del