• 18 czerwca 2021

Technologia redukcji szumów, taka jak ta stosowana w nowych słuchawkach Apple Airpods Pro i Bose, została pierwotnie wynaleziona na początku lat 80. ubiegłego wieku, aby zapobiec uszkodzeniu uszu pilotów, a następnie została wykorzystana przez załogi czołgów w armii amerykańskiej. Przeczytaj tę historię z archiwum New Scientist 1992, aby zrozumieć, jak słuchawki redukujące hałas działają z wykorzystaniem antydźwięków.

Amerykańska firma Bose, najbardziej znana z produkcji dużych ilości hałasu poprzez swoją gamę głośników, opracowała obecnie technikę ochrony ludzi przed hałasem. Firma ta, z siedzibą w Framingham pod Bostonem, właśnie wygrała kontrakt z amerykańskim wojskiem na produkcję kasków dla pilotów samolotów i czołgistów, które eliminują szumy tła za pomocą antydźwięków.

"Rząd USA wypłaca 200 milionów dolarów rocznie w ramach rekompensaty za utratę słuchu spowodowaną przez służbę wojskową" - mówi Amar Bose, profesor elektrotechniki w Massachusetts Institute of Technology i założyciel firmy Bose. "Utrata słuchu jest częstą przyczyną przedwczesnego przechodzenia na emeryturę pilotów, drugą po stresie psychologicznym". W przemyśle będzie też ogromny rynek na system redukcji hałasu."

Ludzie pracujący w hałaśliwym otoczeniu mogą nosić zatyczki do uszu, ale nie słyszą, co się im mówi. Zatyczki do uszu nie zamykają również niskiego, bijącego hałasu, który muszą znosić piloci samolotów i helikopterów, kierowcy pojazdów gąsienicowych oraz osoby pracujące w pobliżu ciężkich maszyn. Do blokowania niskich częstotliwości potrzebne są bardzo duże tłumiki.

Takie szumy tła mogą być tłumione za pomocą antydźwięków. Mikrofon odbiera szum, a układ elektroniczny analizuje go i bardzo szybko wytwarza przeciwny dźwięk. Tam, gdzie oryginalna fala dźwiękowa ma wartość szczytową, antisound ma rynnę i na odwrót, więc te dwie fale wzajemnie się kasują. Jednak próby wykorzystania antydźwięków w pomieszczeniu lub kokpicie nie powiodły się. Ponieważ dźwięk i dźwięk odbijają się od ścian, wychodzą one z synchronizacji, więc ogólna redukcja hałasu jest tylko około 5 decybeli, co jest ledwo słyszalne. (Redukcja o 10 decybeli sprawia, że dźwięki są o połowę mniej głośne).

Pięć lat temu inżynierowie z firmy Bose opracowali słuchawki z wbudowanym systemem redukcji szumów. Zostały one zaprojektowane dla pilotów samolotów Voyagera, które latały dookoła świata bez tankowania, ale były bardzo głośne. Obecnie słuchawki zostały zmodyfikowane do użytku przemysłowego i zostaną wbudowane w wojskowe hełmy.

Słuchawki zawierają miniaturowe głośniki, dzięki czemu inne osoby mogą rozmawiać z użytkownikiem. Obok głośnika znajduje się mały mikrofon, który odbiera mieszaninę głosu i niepożądanego szumu z otoczenia, który przedostał się z zewnątrz. Obwód przetwarza sygnał dźwiękowy, wyłapuje niepożądany hałas, a następnie odwraca go w kierunku antydźwiękowym. Następnie ten antydźwięk jest podawany do głośnika wraz z sygnałem głosowym, tak aby szum tła był usuwany w momencie, gdy dociera on do ucha.

Ponieważ szczelina między słuchawkami a uchem jest tak mała, nie ma miejsca na dźwięki o niskich częstotliwościach i długiej fali, które odbijałyby się i wydobywały z synchronizacji z antisoundem. Dźwięki o częstotliwościach powyżej 1 kiloherców mają na tyle krótkie fale, że mogą ulegać odbiciom, ale łatwiej jest zablokować te fale w słuchawkach z izolacją akustyczną. Ściany słuchawek są wykonane z ciężkiego materiału tłumiącego, a ich felgi są wykonane z worka z żelem silikonowym, który uszczelnia szczelinę między słuchawkami a głową.

Efektem jest redukcja hałasu o ponad 20 decybeli. Bose sprzedaje teraz zestawy słuchawkowe za około 1000 dolarów. Firma planuje opracować wersję zasilaną bateryjnie, którą pasażerowie linii lotniczych będą mogli podłączyć do swojego osobistego sprzętu stereo, aby muzyka nie została zagłuszona przez hałas silnika. Inżynierowie nagraniowi mogą korzystać z tego samego systemu do słuchania muzyki nagranej w sali koncertowej bez rozpraszania uwagi na dźwięk samej orkiestry.

Top