XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Сейчас, из-за развития технологий, множество факторов оказывают на человека негативное воздействие, которое преимущественно проявляется в городской среде.

Так по результатам исследования эпидемиолога из Имперского колледжа Лондона Ютонга Сэмюэля Кая, звуки дорожного трафика всё чаще становятся причиной болезней сердца. При анализе данных 365 тысяч жителей Великобритании и Норвегии, было обнаружено, что долговременное взаимодействие с этим шумом влияет на химический состав крови, и дело здесь не только во вдыхании выхлопных газов [1]. «Судя по всему, звуки трафика и самостоятельно воздействуют на здоровье сердечно-сосудистой системы», – заявил Кай Гардиан.

Целью работы является обоснование отсутствия возможности аппаратной реализации активного шумоподавления в виде точечного источника звука.

Задачи:

Провести анализ рынка устройств активного шумоподавления

Выявить принцип работы данного типа устройств

Создать модель работы устройств данного типа

Объектом исследования в данной работе являются посторонние шумы в среде обитания человека. Предметом исследования - способы подавления данных шумов.

В решении проблемы, связанной с наличием посторонних шумов в среде обитания человека, принимали участие множество компаний, с течением времени была сформирована целая часть рынка, заточенная под работу с шумами. Яркими представителями этой отрасли являются такие компании как Adobe, занимающиеся программной реализацией шумоподавляющих элементов. С аппаратной реализацией дело обстоит сложнее, компании, выходящие на рынок с продуктами активного аппаратного шумоподавления в большинстве случаев, закрываются в первый год своего существования, а крупные игроки на рынке, постепенно забывают о своих проектах. Наиболее удачным примером для рассмотрения является проект компании Celestial Trible, Muzo, направленный на разработку устройства активного шумоподавления [2].

Проект запустился 8 июня 2016 года на платформе кит стартер и уже спустя неделю собрал 75 тысяч долларов на реализацию, доказывая таким образом актуальность подобного рода систем. К 15 июля 2016 г. Разработчики приостановили сбор средств. Собранная сумма достигла 532 666 долларов. Спустя год разработок и новостей о достижениях проекта в сентябре 2017 компания разослала потребителям первые экземпляры своих устройств [3]. Отзывы о них, не заставили долго ждать и уже на следующий месяц на просторах интернета появились разоблачающие видео об устройстве Muzo, которое, как оказалось ничего не умело денег. Далее компанией разработчиком, были закрыты все способы предоставления прямой обратной связи. На данный момент она до сих пор существует и видимо приносит выгоду своим сотрудникам, наживаясь на проблемной области большинства населения планеты.

В чем же дело, почему продукт данного рода так востребован, но никто не может его реализовать? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, разберем работу устройств данного типа.

Работа устройств активного шумоподавления основана на явлении интерференции звуковых волн. Рассмотрим упрощенную модель работы устройства активного шумоподавления.

Представим себе источник звука, излучающий волну с частотой ʋ, длинной волны λ, амплитудой A и фазой φ. Для того, чтобы заглушить колебания этой волны, мы можем воспользоваться принципом наложения волн, поставив другой когерентный источник звука на расстоянии кратном λ первого источника звука, но колеблющийся в противофазе ему. Таким образом, в результате наложения двух когерентных волн, их суммарная амплитуда будет равна 0 [4].

На практике дела обстоят иначе. Нами были проведены исследования этого явления. Были взяты два абсолютно одинаковых источника звука и написана программа генерации звуковых сигналов синусоидальной формы, с функцией изменения параметров звуковой волны.

При тестировании в диапазоне 30-80 Гц, результат, приведённый в теории на упрощенной модели, частично подтверждался, звук, издававшийся динамиками, становился значительно тише, но в диапазоне от 80 Гц и выше, результат оказался иным. Громкость воспринимаемого звука изменялась для слушателя при перемещении в пространстве и достигал то максимума, то минимума наложения.

Обоснованием тому, что произошло является то, что в упрощенной модели, мы рассматривали лишь промежуток между двумя источниками звука, не принимая во внимание тот факт, что волны распространяются прямолинейно во всех направлениях от него.

С учетом данного, мы получаем более полную картину происходящего, где можем увидеть, что волны, распространяющиеся от источника, при наложении образуют максимумы и минимумы, что влечет невозможность реализации шумоподавления.

Но что же происходило на частотах ниже 80 Гц? Дело в том, что длина звуковой волны 80 Гц составляет 4,125 м, чем ниже частота звука, тем больше длина волны. Такая длина волны соответственна стандартам используемых человеком помещений и может не учитываться, при условии, что источник волны в противофазе расположен не дальше ¼ длины волны источника шума от объекта, излучающего этот шум. В таком случае, амплитуда волн источника шума существенно снижается, что и было выявлено в ходе эксперимента.

По результатам исследования можно прийти к выводу, что реализация устройства активного шумоподавления возможна, но заключена в некоторые рамки:

Активное шумоподавление точечного источника звука возможно при частоте не выше 80 Гц;

Активное шумоподавление точечного источника звука возможно только в условиях незначительного размера помещения по сравнению с длиной волны, т.е. комнаты квартир, кабинеты и т.д.

Осознавая данные границы, можно легко представить, как были ошеломлены разработчики данного типа устройств, ведь простота начальной модели, означает лишь, то, что не были учтены факторы, появляющиеся при масштабировании данной модели.

Выводом для рыночной ситуации устройств является то, что их чрезмерная востребованность в различных частях жизни людей, закрывает перед глазами инвесторов факт невозможности полной реализации таких проектов, что приводит к напрасному расходованию большого количества инвестиционных средств.

Проводя данное исследование, мы пришли к выводу, что реализация таких устройств возможна и в полном размере, только с условием их разбиения на различные кластеры, заточенные под работу с определённой ситуацией:

I КЛАСТЕР

Первым является кластер устройств, принцип работы которых был рассмотрен в данной работе, где излучающим шум объектом считается точечный источник.

II КЛАСТЕР

Второй кластер предполагает рассмотрения источника звука как поверхности, провоцирующей своими колебаниями колебания воздуха. Устройство второго кластера воздействует непосредственно на эту поверхность, излучая звуковые волны, идущие в противофазу с шумом, тем самым заглушая вибрацию поверхности и уменьшая амплитуду колебаний, передаваемых от неё воздушной среде. В этом случае, диапазон заглушаемых частот напрямую зависит от размеров поверхности, а также от длины звуковой волны её среде.

III КЛАСТЕР

Третий кластер подразумевает работу устройства непосредственно со слуховым аппаратом человека (наушники с микрофоном). Из-за близкого расположения устройства к барабанной перепонке человека, возможно устранение проблемы заглушения волн выше 80 Гц. Принцип работы устройства остаётся тем же, микрофон улавливает посторонние звуковые колебания внутри ушного проёма человека, устройство анализирует их, после чего наушник излучает волны в противофазе.

Литература:

Sonic doom: how noise pollution kills thousands each year (Rules for the Citing of Sources) Available at: https://www.theguardian.com/lifeandstyle/2018/jul/03/sonic-doom-noise-pollution-kills-heart-disease-diabetes (accessed 14 September 2018);

Muzo (Rules for the Citing of Sources) Available at: https://www.celestialtribe.com/ (accessed 11 August 2018);

Muzo – State of the Art Vibration Monitoring System (Rules for the Citing of Sources) Available at: https://www.kickstarter.com/projects/1280803647/muzo-your-personal-zone-creator-with-noise-blockin (accessed 9 August 2018);

Интерференцияволн (Rules for the Citing of Sources) Available at: http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1390.html (accessed 6 September 2018).

Код для цитирования: Скопировать