Систему активного шумоподавлення навчили «чути» звук до його появи

Американські інженери розробили систему шумоподавлення, яка складається з динаміка і додаткових датчиків навколо нього. Завдяки тому, що радіосигнал поширюється швидше звуку, датчики встигають зареєструвати звук і передати дані на динамік ще до того, як звук дійде до нього. Завдяки цьому динамік встигає підібрати «протилежний» звук, що збігається за фазою з оригінальним. У майбутньому цю схему можна застосувати для навушників, розповідають інженери у статті, яка була представлена на конференції SIGCOMM 2018.

Принцип роботи навушників з активним шумоподавленні полягає в тому, що вони реєструють звук, що приходить до них, і створюють звук з такою ж частотою і амплітудою, але зворотною фазою, завдяки чому вхідний звук придушується. Незважаючи на те, що сам по собі метод дозволяє ефективно придушувати навколишні звуки, реальні пристрої не завжди справляються з цим завданням, особливо з акустичними коливаннями з частотою більше тисячі герц. Справа в тому, що на реєстрацію звуку і обчислення протилежної хвилі у мікроконтролера навушників йде деякий час. Через це звук вже не повністю протилежний вхідному звуку, а відстає від нього по фазі.

Роміт Рой Чоудхурі (Romit Roy Choudhury) і його колеги з Іллінойського університету в Урбані-Шампейні створили систему, що дозволяє аудіоустроям заздалегідь дізнаватися про акустичні коливання і прораховувати «протилежний» звук. Розробники реалізували прототип системи у вигляді динаміка, однак вони відзначають, що в майбутньому цю схему можна буде застосувати і до навушників. Крім динаміка з мікрофоном в системі використовуються датчики-ретранслятори, які записують звук і пересилають його на динамік за допомогою радіосигналу на частоті 900 мегагерц.

Ретранслятор може знаходитися далі від звуку, ніж мікрофон в динаміці, тому створений інженерами алгоритм аналізує всі джерела звуку і визначає найбільш близький до звуку. Таким же чином алгоритм може вибрати конкретний ретранслятор, якщо в системі використовується відразу кілька пристроїв.

Одна з переваг цієї системи полягає в тому, що вона дозволяє блокувати високочастотний звук, завдяки чому навушники можна не оснащувати звукопоглинаючими матеріалами, що заважають чути важливі звуки при вимкненій системі шумоподавлення. Крім того, оскільки у системи з'являється більший проміжок часу на розрахунок вихідного звуку, для цього можна застосувати більш вимогливі до обчислювальної потужності алгоритми.

Розробники порівняли ефективність системи з комерційно доступними навушниками з активним шумоподавленням. Під час експерименту вони записували звук, що потрапляє у вухо манекена, поруч з яким були встановлені навушники або динамік. З'ясувалося, що серійні навушники здатні пригнічувати тільки звуки з частотою до приблизно тисячі герц, тоді як шумоподавлення нової системи працює для звуків з частотою до чотирьох кілогерць. Крім того, навіть на частотах до одного кілогерця придушення нової системи перевищує придушення протестованих навушників у середньому на 6,7 децибел.

У 2015 році на Kickstarter стартувала краудфандингова кампанія зі збору коштів на навушники з активним шумоподавленням, яке можна налаштовувати зі смартфона. Наприклад, згідно із заявами розробників, навушники дозволяють «вимикати» конкретні звуки, такі як плач дитини, гомін натовпу або шум метро.