Как работает шумоподавление?⁠⁠

Многим до боли знакома ситуация, что хочется послушать музыку, а внешние условия далеко не самые благоприятные для этого приятного дела. Мешает шум в метро или рядом грохочет дорога. Всё это сильно портит картинку восприятия, но негативное воздействие внешнего шума можно свести к минимуму.

Для этого используются системы шумоподавления. Но прежде, чем разобраться с принципом их функционирования, нужно вспомнить что такое звук.

Звук - есть волновое механическое колебание упругой среды. Перенос энергии без переноса вещества. Правда я писал в своем Telegram канале пост на тему "отсутствия переноса вещества". Очень советую ознакомиться и немножко удивиться. Про сами волны как физическое явление мы подробно рассказывали вот здесь. Получается, что звук "выглядит" примерно так.

Эта синусоида примерно иллюстрирует поведение воздушной (в нашем случае) среды при прохождении звуковой волны. Воздух будет также "качаться". Когда же волна дойдет до уха слушателя, то барабанная перепонка начнет колебаться в соответствии с этой волной, а мы услышим звучание.

Любой звук - это множество таких колебаний. Например, для гула поезда можно нарисовать такую же синусоиду, но определенного вида.

Для того, чтобы "защититься" от звука, можно использовать два подхода. Назовем их активный и пассивный.

Пассивный метод весьма прост, но далеко не всегда эффективен. Его даже и шумоподавлением называть не совсем корректно, т.к. ничто и ничего не подавляет. Скорее это звукоизоляция. На пути звука нужно поставить механический барьер (читай как стену) и звуковая волна разобьется об эту стену, как волна морская разбивается о берег. Занятно узнать вот об этом явлении.

Само собой, будут и паразитные явления. Волна будет частично отражаться обратно и вызывать механические колебания в преграде, а преграда станет вторичным источником.

Такой подход используется в недорогих наушниках или в случае автомобильной звукоизоляции. Просто и не особенно дорого.

Но более оптимальной методикой является активное шумоподавление.

Представьте себе, что вы играете с веревочкой и создаете в ней колебательное движение, эквивалентное механической волне. Этакую синусоиду выписываете, аки Индиана Джонс кнутом :)...Затем, кто-то берет и с обратной стороны веревки начинает качать её в противофазе, или, как это правильнее называется, инвертирует амплитуду. Вы делаете "волнообразующее" движение, а он, бандит, берет и гасит эту волну, раскачивая веревочку в другую сторону. Волна самоуничтожается. Благодаря интерференции мы имеем сложение двух одинаковых волн с амплитудами разных знаков. В сумме имеем 0.

Если это нарисовать, то выйдет примерно так.

Голубая - это волна в противофазе. Синяя - наш основной звук. На выходе - штиль!

Теперь нужно как-то применить эти знания к реальной системе. Например, понять как работают наушники с шумоподавлением.

Тут всё довольно просто. Только нужно как-то то это рассчитывать. Пересчитать такую штуку может любой компьютер.

Мы берем сам динамик (наушник), устанавливаем рядом с динамиком внешний микрофон и радуемся жизни. Микрофон улавливает все внешние шумы и передает эти данные в систему обработки. Система обработки моделирует сигнал и заставляет динамик наушника выдавать противофазу, которая гасит этот внешний звук.

Казалось бы, что всё просто идеально. Но нужно понимать, что активное шумоподавление далеко не всесильно. В реальной ситуации на выходе после этого алгоритма мы будем иметь не тишину и ровный график, а незначительные колебания. Кроме того, велик риск, что система шумоподавления (в случае работы в качестве устройства подавления основного динамика) будет дополнительно резать ещё и внутренние звуки (например, какую-то тональность в песне).

Надеюсь, что логика работы активного шумоподавления для вас теперь ясна, ну и спасибо одному прекрасному человечку за совет с выбором темы.

-----------

⚡ Ну и как обычно приглашаю вас подписаться на Telegram моего проекта и читать ещё больше интересных статей.

🤖 Не забывайте и о ДЗЕН-канале проекта, где отличные авторские материалы появляются регулярно.