Біографія

Реферат

Вступ

Шум - комплекс звуків, що викликає неприємне відчуття або хворобливі реакції. Шум - одна з форм фізичного середовища життя.

На різних людей шум впливає по різному, це може залежати від різних факторів, таких як слухова чутливість людини, тривалість дії шуму.

Шум заважає нормальному відпочинку, відновленню сил, викликає захворювання органів слуху, сприяє збільшенню числа інших захворювань, погано діє на психіку людини.

Шум – такий же повільний убивця, як і хімічне отруєння. Перші, що дійшли до нас скарги на шум можна знайти в римського сатирика Ювенала (60-127 рр.).

Але незважаючи на всі недоліки останнім часом шум все більше входить до нашого життя: на підприємстві, на вулицях, вдома. Дедалі залишається все менше місць, де насправді можна побути у тиші.

Рівень шуму в 20-30 децибел (дб) практично нешкідливий для людини. Це природне шумове тло, без якого неможливе людське життя. Звук в 130 децибел (еквівалент роботи реактивного двигуна літака) вже викликає в людини болісне відчуття, а в 150 - стає для нього нестерпним. Звук в 180 децибел руйнує метал, а при 190 заклепки вириваються з конструкцій. Недарма в середні століття існувала страта «під дзвоном». Дзенькіт дзвона повільно вбивав людину.

Будь-який шум достатньої інтенсивності й тривалості може привести до різного ступеня зниження слухової активності людини.

Рівень шуму, дБ	Опис	Аналогія
160	Гул, що людина не витримує	Літак при взльоті
90	Громкий звук	Крик
70	Шум, який не можна не помітити	Голосна розмова в 5и метрах
50	Шум, який не заподіює незручностей	Неголосна розмова не більш 3х метрів
45	Практично не чутно
40	Дуже тихі звуки	Розмова на відстані 10 м
30		Шепіт, помітний з відстані 5 м
25	Звук, який людей не помічає	Тихий сад

Актуальність.

Акустичні шуми, що оточують нас, роблять шкідливим вплив на людину у всіх сферах життя, тому питання шумозаглушення, особливо в цей час, має дуже важливе значення.

Існує два шляхи вирішення цієї проблеми: активні й пасивні. Пасивні методи полягають у встановленні пасивних перешкод для проходження звукової хвилі, такі як: висадження дерев, поруч із дорогою, встановка вікон із шумозаглушенням, оббивка стін звуковбирними матеріалами й т.п. такі методи можуть бути досить ефективними в деяких випадках, у залежності від місця розташування таких перешкод і джерел шуму.

На відміну від пасивних методів шумозаглушення, активні методи працюють за схемою – виміряти шум (неприємний звук), обробивши його, подати звук (найчастіше інвертовану звукову хвилю) на систему відтворення, у результаті чого шум складається з інвертованим шумом і відбувається заглушення шуму. Відсоток приглушення шуму міняється в залежності від характеристик шуму, його інтенсивності, розташування джерел шумозаглушення. У порівнянні з пасивними системами активні системи шумозаглушення в першу чергу характеризуються мобільністю, налаштованністю, простотою зупинки, .

Рішення у світі

Сьогодні у світу існує багато різних систем заглушення шумів, наприклад британський інженер з Університету Хадерсфілд Селвін Райт розробив «Машину тиші» (Silence Machine), яка за допомогою мікрофонів уловлює та аналізує шум, після обробки подає на динаміки, в результаті чого шум компенсується. В автомобілях преміум класу такі фірми як Tayota, Honda встановлюють системи, що глушать шум двигуна машини.

Також широку популярність такі системи знайшли у великих аеропортах, де для того, щоб у приміщенні аеропорту не було чути гучних двигунів літаків, встановлюють системи шумозаглушення, які спосібні приглушити гул літака, що рухається безпосередньо біля приміщення.

Ще одна галузь, де з’явились системи шумозаглушення – навушники. Це активні навушники, до яких вбудовано мікрофон, та звук у навушниках змішується з інвертованим звуком зовнішнього середовища, компенсуючи його. Але ці пристрої ще не доступні кожному через їх велику ціни.

Практична цінність результатів роботи.

У рамках магістерської роботи буде розглянуті й проаналізовані існуючі методи шумозаглушення й розроблені нові для роботи у звичайних побутових умовах, при наявності тільки комп'ютера, колонок і мікрофона

Стаціонарність означає, що властивості шуму (потужність, спектральний состав) не міняються у часі. Прикладами таких шумів можуть бути постійне шипіння мікрофона або підсилювальної апаратури, гул електромережі автомашин, що проїжджають, шум від працюючого системного блоку й т.п.

Фізичне представлення звуку

Звуковий сигнал по природі формується шляхом переходу згустку й розрядження повітря. Проста механічна модель переміщення звуку у просторі зображена на рисунку 1.

Рис. 1. Механічна модель переміщення звуку у просторі

Цей рисунок вкажує на просту модель фізичного переміщення звукових хвиль у просторі, як наприклад повітря. Візьмемо, наприклад, кулі для гольфу і з'єднаємо їх разом за допомогою пружини. Ці кулі представляють маси молекул у реальному матеріалі, а пружина представляє міжмолекулярні сили між ними. Якщо куля гольфа з рештою штовхається в напрямку останніх, тоді пружина, яка зв'язує її з наступною кулею, буде скорочена й буде штовхати іншу.

Аналіз методів цифрової обробки цифрових сигналів та методів активного приглушення шумів.

Рис. 1. Принцип работы алгоритмів шумозаглушення

Сьогодні в кожному комп’ютері є звукова карта, за допомогою якої звук вводиться до комп’ютера та виводиться з нього.

Кожна звукова карта складається з двох основних компонентів: АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) та ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач). За допомогою АЦП, звукові сигнали, що знімаються мікрофоном чи іншим пристроєм оцифровуються та надходять до звукової карти у вигляді дискретних відліків, котрі потім можуть бути зчитані та оброблені. ЦАП необхідний для зворотного перетворення – дискретні відліки, що надходять до звукової карти перетворюються у аналоговий сигнал, що потім надходить на підсилювачі та на динаміки. Також крім основних компонентів звукова карта містять багато допоміжних, що дають змогу розробнику користуватися нею у повному обсязі. Деякі звукові карти обладнані спеціальним процесором, що робить компресію, наприклад, декодер MP3, при необхідності різні звукові ефекти, такі як реверберація, ехо та ін., в цьому випадку говорять, що плата містить апаратний декодер. Якщо звукова карта не оснащена апаратним декодером, то його зобов’язання бере на себе центральний процесор, тоді такий декодер називається програмним.

Оцифровування та встановлення сигналу робиться за допомогою теореми Котельникова, згідно з якою аналоговий сигнал, що має обмежений спектр може бути встановлений однозначно та без втрати даних (дискретних відліків), взятий з частотою вдвічі більшою за максимальну частоту спектра (Fmax):

f_дискр>2*F_max,
де Fmax – максимальна частота спектра.

Після дискретизації, сигнал ще не годний для цифрової обробки, його ще треба квантувати. На відміну від дискретизації при квантуванні відбувається втрата інформації, ця втрата називається шумом квантування. Природно, що чим більше степенів квантування, тим менше шум квантування, уважається, що при шістнадцяти-бітному цифро-анологовому перетворенні людське вухо не чує шум квантування. Разом дискретизацію та квантування називають аналогово-цифровим перетворенням або імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ чи PCM).

Після отримання послідовності відліків з ними можна працювати оброблюючи чи перетворюючи. На цьому етапі активно використовується перетворення Фур’є, що дозволяє перевести часову форму сигналу у частотну, та навпаки. Частотна форма сигналу надає інформацію про наявні частоти у сигналі, їхню фазу та амплітуду. Це дає змогу вільно оброблювати дані не тільки на рівні всього сигналу, але й на рівні окремих частот. Після перетворення, обробки, при необхідності результуючі дані (відліки) можна вивести на колонки, провівши зворотну процедуру – цифро-аналогове перетворення.

Методи активного приглушення шумів досить різні та використовують різну апаратну базу, але здебільшого багато з них використовують подібні алгоритми, що основуються на інверсії сигналу.

Сучасні системи приглушення шумів використовують два основних принципи, що залежать від джерела шуму, та перешкод, які він проходить. Самий розповсюджений – це за допомогою акустичної анти-хвилі, що подавляє шум, до якого додається. Другий, більш важкий метод в плані реалізації апаратної частини – за допомогою вібрації, такий метод нещодавно знайшов своє застосування у таких системах, як системи «Активного приглушення шумів у системах кондиціювання жилих та промислових приміщень», які вже використовуються в деяких місцях, та також у цьому напрямку почались розробки скла, що буде вібрувати в противофазі шуму вулиці, за це відповідає процесор, що приймає, оброблює та видає інформацію.

В зв’язку з швидким розвитком промисловості у світі з’являється все більше систем, що здатні глушити шум, у всіх є свої позитивні та негативні якості, галузі застосування. Але всі ці системи зараз не доступні кожному через головну причину – їхньої вартості, тому необхідні системи та алгоритми, які будуть приглушувати шум у побуті за допомогою техніки, що зараз доступна практично всюди – комп’ютер, мікрофон, колонки.

Висновки

Системи активного шумозаглушення дуже різноманітні й мають різну складність, але проаналізувавши навіть найпростіший метод шумозаглушення - інвертування сигналу в часі - можна побачити його позитивні й негативні сторони

До позитивних сторін відносяться його простота й швидкість – необхідно тільки інвертувати дискретні відліки в часовому поданні сигналу й подати на вихід, відсутні ресурсномісткі перетворення Фур'є. У результаті алгоритм стає менш вимогливим до ресурсів комп'ютера, що також позначиться на вартості апаратної бази системи придушення шуму або її ефективності, при наявності не потужного комп'ютера.

До негативних сторін відноситься різна ефективність на різних частотах, більша залежність від взаємного розташування джерела шуму й джерела сигналу придушення, залежність від частотних характеристик динаміків (джерел сигналу придушення).

Але також самим великим плюсом є можливість широкого застосування таких систем у побуті, тому що всю роботу виконує комп'ютер, який зараз є практично скрізь і його ціна, у гарній комплектації, вже не Додаткові дослідження в цій галузі дозволять розробити систему ефективного активного шумозаглушення, яку можна буде використовувати в побуті, на підприємствах, скрізь, де є необхідність гасити стацианарні шуми, використовуючи просту, мобільну систему.

Литература

Литература

1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов / Питер 2002 -608 с. /li>
2. Howard David and Jamie. Acoustics and Psychoacoustics / Jordan Hill 2006 - 411 с.
3. Самощенко А.В. Конспект лекцій / Донецк: ДонНТУ - 2009
4. Секунов Н.Ю. Обработка звука на PC. Наиболее полное руководство / Петербург 2001 - 1238c.
5. Шум
   [Электронный источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Шум]
6. Фон
   [Электронный источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Фон_(акустика)]
7. Звук
   [Электронный источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Звук]
8. Шум и слух
   [Электронный источник: http://www.medaudio.ru/hear3.php]
9. Петровский А. А. Система подавления акустического эха и шумов окружающей среды, использующая алгоритмы с психоакустической мотивацией, на базе одного процессора TMS320C541/ Аношенко А. Е.: 3 Международная конференция и выставка "Цифровая обработка сигналов и ее применение", Москва, 29 нояб., - 1дек., 2000. Докл. 2. М.: Инсвязьиздат. 2000
   [Электронный источник: http://www.medaudio.ru/hear3.php]
10. Теорема Котельникова
    [Электронный источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Котельникова]

---