Систему активного шумоподавления научили «слышать» звук до его появления

Американские инженеры разработали систему шумоподавления, которая состоит из динамика и дополнительных датчиков вокруг него. Благодаря тому, что радиосигнал распространяется быстрее звука, датчики успевают зарегистрировать звук и передать данные на динамик еще до того, как звук дойдет до него. Благодаря этому динамик успевает подобрать «противоположный» звук, совпадающий по фазе с оригинальным. В будущем эту схему можно применить для наушников, рассказывают инженеры в статье, которая была представлена на конференции SIGCOMM 2018.

Принцип работы наушников с активным шумоподавлении заключается в том, что они регистрируют приходящий к ним звук и создают звук с такой же частотой и амплитудой, но обратной фазой, благодаря чему входящий звук подавляется. Несмотря на то, что сам по себе метод позволяет эффективно подавлять окружающие звуки, реальные устройства не всегда справляются с этой задачей, особенно с акустическими колебаниями с частотой более тысячи герц. Дело в том, что на регистрацию звука и вычисления противоположной волны у микроконтроллера наушников уходит некоторое время. Из-за этого испускаемый ими звук уже не полностью противоположен входящему звуку, а отстает от него по фазе.

Ромит Рой Чоудхури (Romit Roy Choudhury) и его коллеги из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне создали систему, позволяющую аудиоустройствам заранее узнавать о приближающихся акустических колебаниях и просчитывать «противоположный» звук. Разработчики реализовали прототип системы в виде динамика, однако они отмечают, что в будущем эту схему можно будет применить и к наушникам. Помимо динамика с микрофоном в системе используются датчики-ретрансляторы, которые записывают звук и пересылают его на динамик с помощью радиосигнала на частоте 900 мегагерц.

Ретранслятор может находиться дальше от звука, чем микрофон в динамике, поэтому созданный инженерами алгоритм анализирует все источники звука и определяет наиболее близкий к звуку. Таким же образом алгоритм может выбрать конкретный ретранслятор, если в системе используется сразу несколько устройств.

Одно из преимуществ этой системы заключается в том, что она позволяет блокировать высокочастотный звук, благодаря чему наушники можно не оснащать звукопоглощающими материалами, мешающими слышать важные звуки при выключенной системе шумоподавления. Кроме того, поскольку у системы появляется больший промежуток времени на расчет исходящего звука, для этого можно применить более требовательные к вычислительной мощности алгоритмы.

Разработчики сравнили эффективность системы с коммерчески доступными наушниками с активным шумоподавлением. Во время эксперимента они записывали звук, попадающий в ухо манекена, рядом с которым были установлены наушники или динамик. Выяснилось, что серийные наушники способны подавлять только звуки с частотой до примерно тысячи герц, тогда как шумоподавление новой системы работает для звуков с частотой до четырех килогерц. Кроме того, даже на частотах до одного килогерца подавление новой системы превышает подавление протестированных наушников в среднем на 6,7 децибел.

В 2015 году на Kickstarter стартовала краудфандинговая кампания по сбору средств на наушники с активным шумоподавлением, которое можно настраивать со смартфона. К примеру, согласно заявлениям разработчиков, наушники позволяют «выключать» конкретные звуки, такие как плач ребенка, гомон толпы или шум метро.

Григорий Копиев