Kaip veikia triukšmą panaikinančios ausinės?

1992 metų straipsnis padės suprasti kaip veikia ausinės, triukšmą šalinančios antigarsu.

Triukšmo panaikinimo technologijos, naudojamos naujose „Apple Airpods Pro“ ir „Bose“ ausinėse, ištakos siekia praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio pradžią. Jos turėjo apsaugoti pilotų klausą, o vėliau imtos naudoti JAV armijos tankų įguloms.

JAV kompanija „Bose“, labiausiai žinoma, kaip triukšmo skleidėja per daugybę savo sukurtų grasiakalbių, sukūrė techniką, apsaugančią žmones nuo triukšmo. Framinghame, netoli nuo Bostono įsikūrusi kompanija, laimėjo JAV kariuomenės kontraktą gaminti oro pajėgų pilotams šalmus, antigarsu panaikinančius foninį triukšmą.

„JAV vyriausybė kasmet sumoka $200 milijonų kaip kompensacijas už klausos praradimą karinės tarnybos metu, – sako Amar Bose, MIT elektros inžinerijos profesorius ir Bose kompanijos įkūrėjas. – Klausos praradimas yra dažna ankstyvo pilotų pasitraukimo į pensiją priežastis, nusileidžianti tik psichologiniam stresui. Triukšmo naikinimo sistemų laukia ir didžiulė pramonės niša.“

Dirbantieji triukšmingoje aplinkoje gali dėvėti ausų kištukus, tačiau tada jie negirdi, kas jiems sakoma. Be to, ausų kištukai neslopina žemų dažnių, dunksinčių garsų, kurie veikia lėktuvų ir sraigtasparnių pilotus, vilkikų vairuotojus ir dirbančius su sunkiąja technika. Norint užblokuoti žemus dažnius, reikia labai didelių duslintuvų.

Tokį foninį triukšmą galima panaikinti antigarsu. Mikrofonas fiksuoja triukšmą, elektronika jį išanalizuoja ir labai greitai sukuria priešingos fazės triukšmą. Kur būna pradinio garso bangos pikas, antigarso bangoje būna įduba, ir atvirkščiai, tad jie vienas kitą panaikina. Tačiau bandymai antigarsą naudoti kambaryje ar kabinoje nebuvo sėkmingi. Atsispindėdami nuo sienų, garsai ir antigarsai išsiderina, tad bendras triukšmo lygis tesumažėja ~5 decibelais, kas yra vos girdima (past. triukšmui sumažėjus 10 decibelų, garsumas susilpnėja per pusę).

Prieš penkis metus Bose inžinieriai sukūrė ausines su įmontuota triukšmo naikinimo sistema. Jos buvo sukurtos aplink pasaulį be kuro papildymo galinčių apskristi, tačiau labai triukšmingų, „Voyager“ orlaivių pilotams. Dabar ausinės modifikuotos naudojimui pramonėje ir bus įmontuotos kariniuose šalmuose.

Ausinėse yra maži garsiakalbiai, kad kiti žmonės su jų nešiotoju galėtų kalbėtis. Šalia garsiakalbio yra mažas mikrofonas, fiksuojantis balso ir nepageidaujamo aplinkos triukšmo mišinį. Elektroninė schema garso signalą apdoroja, atrenka nepageidaujamą triukšmą ir pagal jį sukuria antitriukšmą. Tada šis antitriukšmas paduodamas į garsiakalbį kartu su balso signalu, tad foninis triukšmas ausies nepasiekia.

Kadangi erdvė tarp ausinių ir ausies tokia maža, žemo dažnio, didelio bangos ilgio garsams atsispindėti ir išsiderinti su antigarsu nepakanka vietos. Didesnio nei 1 kiloherco dažnio garso bangos yra pakankamai trumpos, kad dėl atsispindėjimo sinchronizacija su antigarsu galėtų būti prarandama, tačiau tokais bangas lengviau blokuoja ausinių garso izoliacija. Ausinių sienelės pagamintos iš smarkiai slopinančios medžiagos, o ausinių krašteliai pagaminti iš silikono gelio, uždengiančio tarpą tarp ausinių ir galvos.

Tokios ausinės triukšmą sumažina daugiau nei 20 decibelų. Bose tokias ausines pardavinėja už maždaug $ 1000. Kompanija planuoja kurti baterijomis maitinamą versiją, kurią orlaivių keleiviai galės prijungti prie savo garso sistemos, kad klausimos muzikos neužgožtų variklių triukšmas. Garso inžinieriai tokia pat sistema gali klausytis koncertų salėje įrašomos muzikos įrašo, netrikdomi paties orkestro garsų.

Barry Fox / www.newscientist.com
Straipsnis pirmą kartą paskelbtas 1992 metų gruodžio 5 dieną, atnaujintas 2019 metų spalio 29 d.