Aktiivne mürasummutus

Allikas: Vikipeedia
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Mürasummutus valjuhääldist tuleva summutava signaaliga, müraga liitudes tühistavad üksteist.

Aktiivne mürasummutus, ka müra vähendamine, on soovimatu müra vähendamine või summutamine teise spetsiaalse, selleks töödeldud heli liitmisega. Idee töötati välja esmalt 1930ndatel ning edasine uurimine jätkus 1950ndatest, mis lõpuks andis tulemuse kommertsiaalsete lennufirmade peakomplektidena, mis võeti kasutusele hilistes 1980ndates. Aktiivset mürasummutus-tehnoloogiat kasutatakse ka maismaasõidukites ning mobiiltelefonides.

Tehniline pool[muuda | muuda lähteteksti]

Heli on P-laine, mis koosneb vahelduvatest perioodidest, milles laine on kokkusurutud või hõredam. Mürasummutus-kõlar tekitab sama amplituudiga, kuid vastupidise faasiga (vastandfaasiga)

Animatsioonil on näha müra ning selle summutamist.

helilainet võrreldes algheliga. Lainete liitumisel toimub protsess nimega interferents, mille käigus tekib uus laine, kus mõlemad lained summutavad efektiivselt üksteist ära. Eelneva efekti nimi on destruktiivne interferents.

Nüüdisaegne mürasummutus on tavaliselt saavutatud analoogskeemide või digitaalse signaalitöötluse kaudu. On loodud kohanduvad algoritmid, et analüüsida taustal olevat kuuldavat müra ning vastavalt spetsiifilisele algoritmile genereerida uus signaal, mis muudab esialgse müra faasi või inverteerib selle polaarsuse. Seda inverteeritud signaali (vastandfaasis) võimendatakse ja muundur tekitab helilaine proportsionaalselt originaalsignaali amplituudile, tekitades destruktiivse interferentsi, mis vähendab oluliselt soovimatu müra valjust.

Mürasummutus-kõlar asub enamasti müra allikale lähedal. Sellel kõlaril peab olema sama helvaljuse tasemega väljund, nagu sissetuleval müral, et seda efektiivselt hästi summutada. Alternatiivselt muundur, mis müra summutavat signaali tekitab, võib ka olla kohas, kuhu summutust on vaja (nt kuulaja kõrva). See vajab väiksemat võimsust, kuid on efektiivne ainult seadet kasutavale isikule. Suurema mastaabiga mürasummutus on palju keerukam, sest kolmedimensiooniliste mittevajalike müra-lainefrontide ja mürasummutuse lained võivad liituda ning tekitada destruktiivseid kui ka konstruktiivseid interferentsi-tsoone, milles mõnest on müra summutatud ning mõnes just võimendatud. Väikestes suletud kohtades on globaalset mürasummutust lihtsam saavutada mitme kõlari ja tagasiside mikrofonide kaudu Lisaks sõltub summutamise efektiivsus ka ruumihelikõla omadustest (näietks ruumi ümbritsevate seinte vibratsiooni omandamine).

Kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Kasutusalad saavad olla nii ühe- kui ka mitmemõõtmelised. Perioodilisi helisid, isegi keerulisi, on kergem summutada kui suvalisi mürasid, sest need korduvad lainekujus.

Ühemõõtmeline summutus on lihtsam ning vajab vähem kõlareid ja mikrofone, et siiski efektiivne olla. Mitmed kommertsiaalsed aplikatsioonid on juba olnud edukad: mürasummutavad kõrvaklapid, aktiivsed summutid ning norskamis-vastased seadmed, karaoke vokaalheli eraldamismasinad ja kliimaseadmete kanalite müra kontrollimisseadmed. Termi "ühe-dimensiooniline" kasutatakse lihtsama koosluse kohta, näiteks: müra ja aktiivne valjuhääldi(mehaaniline müra vähendamine) või aktiivne valjuhääldi ning kuulaja (nt kõrvaklapid).

Mitmemõõtmeline summutus nõuab rohkem kõlareid ning mikrofone, tehes seda varianti kallimaks. Mürasummutust on lihtsam teha ühe liikumatu kuulajaga, kuid kui kuulajaid on mitu või üks pöörab pead või liigub, on müra summutamine palju keerukam. Kõrgema sagedusega müra on palju keerulisem summutada lühema heli-lainepikkuse tõttu. 800 Hz sinusoidaalse müra lainepikkus on kaks korda pikem kui keskmise inimese kahe kõrva vahemaa[1], millest tulenevalt otse eest tulevat lainet on aktiivse kõlariga lihtsam summutada, kuid külje pealt tulev laine enemasti summutatakse ühe kõrvani jõudes ära ning teise kõrva jõudes on müra valjemaks võimendatud. Kõrgsageduslikud (üle 1000 Hz) laineid on keeruline ohjata, sest need sumbuvad ning tugevnevad ettearvamatult. Kokkuvõttes on kõige efektiivsem mitmemõõtmeline mürasummutus madalate sagedustega. Kommertsiaalsed kasutused kolme-dimensioonilisele mürasummutusele on näiteks: õhusõidukite ning autode kabiinid, kus summutus on limiteeritud vaid korduvale (perioodilisele) mürale, näiteks mootori, propelleri või mõne muu rootori tekitatud müra. Mootori korduv tsükkel teeb seda müra kergemini summutatavaks.

Tänapäeva mobiiltelefonid kasutavad ümbritseva müra jaoks mitme mikrofoni disaini, et summutada muid helisid peale kõne. Heli püütakse suust kaugema(te) mikrofoni(de)ga (milles sisaldub ka müra) ning lähemal asuva(te) mikrofoni(de)ga (soovitav signaal) ning signaali töödeldakse, et summutada müra soovitud signaalist, mille tulemusel on edastatav signaal puhtam ning helikvaliteet parem.

Mõnel juhul saab müra kontrollida aktiivse vibratsiooni kontrollimise kaudu. See lähenemine on oodatav, kui mõne ehitise vibratsioon tekitab ebameeldivat müra. Selle summutamiseks suunatakse ning summutatakse müra suunates vibratsiooni ümbritsevasse õhku või vette.

Aktiivne vs. passiivne müra kontrollimine[muuda | muuda lähteteksti]

Müra vähendatakse aktiivselt või passiivselt, et lahti saada või vähendada heli-reostamist. Seda tehakse enamasti mugavuseks või ka loodusega seonduvalt. Aktiivseks mürasummutuseks nimetatakse energiaallikaga müra summutamist. Passiivseks mürasummutamiseks kutsutakse müra summutavate materjalidega heli manipuleerimiseks, nt materjale isoleerides, mürasummutavad seinaplaate kasutades või kasutada mikrofoniga heli-svammi, mis pannakse enamasti mikrofoni peale. Mikrofoni heli-svamm vähendab mikrofoni sisenevat müra selle spetsiaalse ehituse tõttu ning ei vaja toimimiseks eraldi energiaallikat.

Aktiivne mürasummutus on efektiivsem madalamate sageduse vastu ning kõrgemate sagedustega müra-signaalide summutamisel saab tõkestavaks vaba ala ning vaikusetsooni vahe tehnika. Akustilises avas ja kanaliga süsteemides suureneb sagedusega väga kiiresti ka summutustehnika vajadus ning summutamine muutub hõlmamatuks. Passiivne summutamine toimib paremini kõrgema sageduse juures ning on tihti piisav lahendus aktiiseid meetmeid kasutamata.[2]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Esimese mürasummutuse alase patendi sai investor Paul Lueg, aastal 1936. Patent selgitas, kuidas summutada sinusoidaalseid kõlasid laine faasi nihutades ning summutades suvalised helid valjuhääldi ümbruses nende polaarsust inverteerides. 1950ndatel patentis Lawrence J. Fogel süsteemid, et summutada helikopterite ja õhusõidukite kabiini kostuvat müra. 1957. aastal töötas Willard Meeker välja töötava aktiivse müra kontrollimise mudeli, mis oli rakendatud ringikujulistele kõrvaklappidele. Sellel peakomplektil oli aktiivne sumbumise ribalaius umbes 50-500 Hz, maksimaalse sumbumisega umbes 20 dB.[3] Hilisteks 1980ndateks tulid kasutusele esimesed kommertsiaalselt kättesaadavad aktiivse mürasummutusega peakomplektid. Need olid toidetavad NiCad akude või lennumasinate toitesüsteemist.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. William Moylan (2006). Understanding and crafting the mix: the art of recording. Focal Press. Lk 26. ISBN 0-240-80755-3.
  2. Milosevic, Aleksandar; Schaufelberger, Urs (14. detsember 2005). "Active Noise Control" (PDF). Originaali arhiivikoopia seisuga 26. aprill 2012. Vaadatud 2. mail 2022.{{netiviide}}: CS1 hooldus: robot: algne URL-i olek teadmata (link)
  3. "Evaluation of an Improved Active Noise Reduction Microphone using Speech Intelligibility and Performance-Based Testing" (PDF). 26. oktoober 2015. Originaali arhiivikoopia seisuga 26. oktoober 2015. Vaadatud 2. mail 2022.{{netiviide}}: CS1 hooldus: robot: algne URL-i olek teadmata (link)