Компания Toyota в 2008 году представила интересную, хоть и не новую, разработку - систему активного шумоподавления, которая позволяла значительно понизить уровень шума в салоне автомобиля. Особой популярности система на момент выхода не получила, однако с течением времени все меняется, и велика вероятность того, что она станет одной из самых востребованных технологий.
Назначение автомобильной системы
Во время эксплуатации автомобиль производит много сторонних шумов различной интенсивности от различных механизмов - ходовой части, двигателя, трансмиссии и элементов кузова. Поиск способов устранения шума ведется давно и весьма успешно: современные машины практически бесшумны. Несмотря на это, в салоне автомобиля при движении на высокой скорости сохраняется сторонний шум, доставляющий дискомфорт пассажирам и водителю.
Свой способ устранения данной проблемы предложила в 2008 году компания Toyota, представив систему активного шумоподавления в авто. Сама технология была отнюдь не новой, однако впервые применялась в автомобилестроении, где показала свою эффективность.
Современные системы шумоподавления понижают общий уровень шума на 5-8 дБ, работая в основном с низкочастотными звуковыми колебаниями, которые и формируют шумовую завесу в салоне. Разработками подобных систем занимаются многие автопроизводители, что позволяет оснащать ими большинство современных машин.
Работа системы шумоподавления в теории
Борьба с шумом традиционно велась пассивными средствами - либо источник шума, либо место, которое должно быть защищено от звуков, отделывалось звукопоглощающими и звукоотражающими материалами, которые считаются пассивной системой шумоподавления. Активная же система более эффективна - к примеру, автомобильные глушители, использующие в работе свойства звуковых волн. Устранить сторонние звуки можно и при помощи электроники.
Звук представляет собой волну, состоящую из чередующихся областей с пониженным и повышенным давлением, движущихся со скоростью 330 м/сек. Как и любые другие волны, звуковые могут подвергаться дифракции, интерференции, то есть вступать во взаимодействие друг с другом. Интерференция для области изучения активного шумоподавления представляет наибольший интерес.
Интерференция может провоцировать неожиданные и довольно интересные результаты. К примеру, встретившиеся в одной точке пространства и фазе две звуковые волны одинаковой частоты взаимно усиливают друг друга, соответственно, общая громкость в данной точке будет резко увеличена. Наиболее часто с таким явлением сталкиваются владельцы стереосистем или аудиосистем с сабвуфером - в комнате, где они установлены, имеется несколько областей, в которых бас становится более глубоким и мощным. Подобный эффект объясняется наложением низкочастотных звуков в фазе в конкретной точке друг на друга, что провоцирует их усиление.
Существует и обратный эффект, возникающий в случае наложения волн в противофазе: области высокого давления накладываются на области низкого давления, что полностью гасит волну. Однако на практике полного подавления волн добиться невозможно, но общую интенсивность звука понизить все же можно. Собственно, системы активного шумоподавления основаны на данном явлении.
Впервые подобные системы были реализованы в наушниках, предназначенных для строителей, работников промышленных предприятий и прочих организаций, после чего технология стала применяться в наушниках для прослушивания музыки, автомобилях и домах. Принцип работы системы шумоподавления довольно прост: на внешнюю сторону наушников устанавливаются микрофоны, улавливающие сторонние звуки. Встроенный электронный блок изменяет фазу звуков, поступающих от микрофонов, благодаря чему они могут воспроизводиться динамиками. Соответственно, к барабанной перепонке осуществлен подвод звуков от динамиков и внешних звуков, а поскольку они находится в противофазе, то происходит их гашение.
Аналогичным образом работают системы шумоподавления в автомобилях.
Устройство автомобильной системы шумоподавления
Устройство автомобильных систем шумоподавления включает следующие элементы:
- Система встроенных в потолок салона микрофонов;
- Система расположенных в разных точках салона динамиков. Чаще всего используется аудиосистема;
- Датчики, расположенные на двигателе, подвеске и прочих узлах автомобиля, являющихся основными источниками звука:
- Электронный блок управления.
Как работает система активного шумоподавления в машинах
Электронный блок системы получает информацию о сторонних шумах от датчиков и микрофонов. На основе полученных данных вносятся изменения фазы в поступающие звуки, которые воспроизводятся динамиками и, сталкиваясь с шумами в противофазе, понижают их интенсивность. Как результат - в салоне образуется пространство, в котором значительно снижен уровень шума от двигателя, колес и прочих механизмов.
Сделанная своими руками система активного шумоподавления в авто без датчиков не обходится, поскольку они фиксируют шум, возникающий при ударе подвески и колес, и другие резкие звуки. Классическая система из динамика и микрофонов фиксирует только неизменные по интенсивности и постоянные звуки - ровный гул двигателя, вибрации кузова или шуршание колес по дорожному покрытию. Система не способна реагировать на резкое изменение звуков, пропуская громкие шумы - грохот, лязг и прочие.
Датчики используются для отслеживания резких изменений звукового фона. Электронный блок, основываясь на полученных от датчиков данных, вносит изменения в формируемую динамиками звуковую картину, благодаря чему достигается более эффективное подавление сторонних шумов.
Стоит отметить, что уровень шума, производимого автомобилями, оснащенными системами активного шумоподавления, остается неизменным, поскольку система не устраняет его, а создает в салоне пространство с пониженным уровнем сторонних шумов. Такие технологии делают поездку более комфортной, однако не устраняют необходимость звукоизоляции отдельных комплектующих автомобиля.
Система шумоподавления для дома
Обеспечить полную тишину в квартире или частном доме, расположенных в черте города, довольно сложно. Отчасти решить эту проблему можно установкой стеклопакетов, однако они не гарантируют полной тишины. Впрочем, наука и техника не стоят на месте, и многие инженеры пытаются решить данную проблему, создавая своими руками активные системы шумоподавления.
Австриец Рудольф Стефанич создал одно из самых эффективных устройств подавления шума Sono. Компактная и простая система предназначена для устранения неприятных и раздражающих звуков и сохранения приятных.
Принцип действия системы активного шумоподавления в квартире Sono базируется на работе датчиков и микрофонов, определяющих сторонние шумы и фильтрующие их посредством воспроизведения аналогичных звуков в противофазе.
Акустические музыкальные наушники функционируют аналогичным образом.
Устройство системы Sono
Конструкция прибора Sono довольно интересна и представлена динамиком, микрофоном с датчиками вибрации и микропроцессором. Устройство выполнено в виде небольшого компактного диска и размещается на оконном стекле при помощи специальных присосок. Sono использует в работе оконное стекло в качестве резонатора.
Фиксация и устранение посторонних звуков осуществляется в соответствии с установленными настройками. В помещениях квартиры воспроизводятся уже обработанные шумы через встроенные динамики.
Элементами питания Sono служат батарейки, которые могут подзаряжаться от окружающего электромагнитного излучения - к примеру, от сетей Wi-Fi.
Функционал прибора Sono
Возможности системы активного шумоподавления для дома позволяют фильтровать раздражающие сторонние шумы, воспроизводя через динамики только приятные звуки. Соответствующие настройки пользователь может внести в меню прибора.
Дополнительной и не менее полезной функцией является возможность воспроизведения успокаивающих и приятных для слуха звуков - шорохов леса, шума прибоя и аналогичных.
Где купить систему Sono?
К сожалению, в свободной продаже системы активного шумоподавления Sono на сегодняшний день нет: несмотря на то, что прибор вышел в финал конкурса Джеймса Дайсона, он существует только в виде прототипа и требует инвестиций. Точно пока не известно, будет ли он в продаже или нет. Автор устройства находится в активном поиске инвесторов и партнеров, способных оказать помощь в запуске прибора в массовое производство.
Система активного звукового оформления
Системы активного звукового оформления используются для придания выпускной системе желаемого тона работы. Конструкция аналогична системе активного шумоподавления: микрофоны, аудиосистема, динамики и блок управления. Единственное отличие - на выходе аудиосистемы образуется измененный звук, а не противофаза.
Расположенные на приборной панели кнопки позволяют изменять характер звучания выпускной системы. Несмотря на то что такие системы сложны с технологической точки зрения, особой практической пользы от них нет - в основном они устанавливаются для удовлетворения драйверских пожеланий владельца. При этом стоит отметить, что измененный активный звук слышно только в салоне автомобиля.
