Aktīvā aizsardzība pret troksni ar „antiskaņu”

Aizsardzībai pret troksni praksē lieto galvenokārt sekojošos līdzekļus:

  • Trokšņu samazināšana pie paša avota,

  • avota kapsulēšana,

  • trokšņu izplatīšanās ierobežošana, piemēram ar barjerām u.c. šķēršļiem, un,

  • trokšņu slāpešana ar pasīviem, skaņas absorbējošiem materiāliem.


Ar šiem praksē pazīstamiem līdzekļiem spēj ļoti efektīvi samazināt troksni vidējo un augsto frekvenču diapazonā. Skaņas samazināšana vai pat iznīcināšana pie zemām frekvencēm turpretim ir krietni grūtāk, vien jau lielāko viļņu garuma dēļ. Vajadzīgie materiālu izmēri pārsniegtu praktiskām vajadzībām pieļaujamo robežu.

Prettrokšņu līdzekļi dzirdes aizsardzībai pārsvarā ir „austiņas” vai arī auss aizbāžņi. Arī šie līdzekļi spēj ausis aizsargāt pret troksni tikai pie vidējām un augstām frekvencēm. Pie zemām frekvencēm tādi līdzekļi daudz ko nedod. Klāt pienāk arī vel tas fakts, ka šādi līdzekļi nespēj ausis pietiekoši „noblīvēt”. Trokšņa avotu skaitam pieaugot, rodas nepieciešamība, arī te atrast ļoti efektīvu risinājumu - aktīvo trokšnu slāpāšanu ar „antiskaņām”. Ideja kā tāda nebija pilnīgi jauna. Jau 1937. gadā tā tika patentēta [1]. Princips ir vienkāršs:” troksni apkaro ar troksni”, izlietojot skaņas viļņu interferenci, skat. att.1. Bet šī principa praktiskā izmantošana trokšņu samazināšanai izdevās daudz vēlāk, pēc pusgadsimta, 80-o gadu beigās, kad mikroelektronika un elektroakustiskie pārveidotāji bija pietiekoši tālu attīstīti [2] … [6].

Attēls 1 Ja divi koherenti signāli (traucējošais signāls un pretsignāls jeb: antisignāls) pārklājas, pārklāšanās jeb superpozicijas rezultāts ir atkarīgs no atsevišķu signālu fāzēm. Signāli ar pretējām fāzēm cits citu pavājina, resp. iznīcina.

Uz šo principu pamatojas aktīvā trokšņu samazināšana. Sākumā šo principu praktiski realizēja ar analogiem elektroniskiem līdzekļiem, šodien tas notiek ar digitālo tehniku.
Aplūkosim vispirms aktīvo trokšņu samazināšanu ar analogās tehnikas līdzekļiem. Šī trokšņu samazināšanas tehnika sākumā sekmīgi tika realizēta pie galvas klausulēm (headphones) . Nākošais attēls 2 ilustrē aktīvo trokšņa samazināšanas pamatprincipu. Klausules iekšējā telpā, netālu no auss, atrodas ļoti mazs Mikrofons M (skat. att. 3), kas uzņem no ārpuses ienākošo troksni un pārveido tur sastopamo skaņas spiedienu pn(t) elektriskajā signālā. Šo signālu pārsūta uz elektro-niku, kas atrodas pašā kapsulā.

Elektronikas uzdevums ir signālu attiecīgi pastiprināt un fāzes ziņā pareizi iestādīt. Ar tādā veidā apstrādāto signālu beidzot baro klausules telefonu, jeb skaļruni E, kas klausules iekštelpā rada skaņas spiedienu pc(t). Ja abu signālu amplitūdas ir vienadas, bet fāzes atšķiras par 180°, tad abi skaņas signāli viens otru interferences rezultātā „izdzēš“, vismaz teorētiski. Tādā veidā sasniedza-mais kompensācijas koeficients Dn [5], izteikts decibelos,

{D_n} = 10 \cdot \lg {\left( {\frac{{{p_n}(t)}}{{{p_n}(t) + {p_c}(t)}}} \right)^2} {\rm{ }} {\rm{ }} {\rm{ }} {\rm{ }} (1)

ir mazākais >20 dB, pat pie ļoti zemām frekvencēm līdz 25 Hz. Piemēram, lai sasniegtu 20 dB, fāzes nobīde Δφ , attiecināta uz 180°, nodrīkst pārsniegt 6°, un amplitūžu diference nedrīkst būt lielāka par 10%. [7][8]


Attēls 3 Miniatūras elektretmikrofons, salīdzinājumā ar 2 eiro-centu monētu. Tādus mikrofonus bieži lieto aktīvās trokšņa samazināšanas ierīcēs.

Akustiksi pilnīgi blīvi slēgtas galvas klausules ar augstvērtīgiem auss spilventiņiem (skat. att. 2) sasniedz vien jau ar kapsulas pasīvo slāpāšanu trokšņa samazināsanu līdz pat 30 dB vidējo un augsto frekvenču diapazonā. Papildinot tādu klausuli ar aktīvo slāpāšanas elektroniku, kopējo trokšņa samazināšanas diapazonu var paplašināt līdz ļoti zemām frekvencēm.



Literatūras norādes:

  • Lueg, P.: „Verfahren zur Dämpfung von Schallschwingungen“, Patentschrift Nr. 655 508, 30. Dez. 1937, 21 a²
  • Veits, I.: „Gehörschutz-Kopfhörer – Elektronik kontra Lärm“, Funkschau, 60(1988), Heft 23, S. 50ff
  • Veits, I.: „A lightweight headset with an active noise compensation“, inter∙noise ‚88, Avignon (France), 1988, Proceedings, Volume 2, p. 1087
  • Veits, I.: „Headphone system with active noise compensation“, 8th FASE Symposium on Environmental Acoustics, Zaragoza (Spain), 24-28. April 1989, Proceedings, C.4.1., p. 111ff
  • Veits, I.:“Aktive Lärmkompensation mit akustisch offenen und geschlossenen Kopfhörern“, DAGA 1989, Fortschritte der Akustik, DPG-GmbH, S. 643, Duisburg (Germany)
  • Veits, I.: Noise Gard – An Active Compensation System for Headphones and Headstes“. NATO- RSG-11 Workshop, Bremen (Germany), 05.06.1991
  • Dallosta, P.M.: „A Study of Proposed Ear Protection Devices for Low Frequency Noise Attenuation.“ Report number USAMC-ITC-02-08-75-004 (1975), 59. Distributed by NTIS under catalog number: AD-A009 274
  • Leventhall, H.G.:“Active Attenuators“ – Historical Review and Some Recent Developments“. Inter-noise‚ 80, 1980, Proceedings Vol. II, 679
  • Veits, I.: „Headsets with active noise compensation for sound engineers and cameramen“. 86th AES-Convention, 1989, Hamburg (Germany)
Pēdējās izmaiņas: otrdiena, 2012. gada 11. septembris, 11:16