הבנה של ביטול Active Noise

ביטול רעש פעיל (ANC) מנף את העיקרון הפיזי של התערבות הרסנית: כאשר שני גלי קול של אמפליטודה שווה אבל שלב מנוגד נפגשים, הם מבטלים אחד את השני.ב אוזניות ANC טיפוסי, מיקרופון קולט רעש מתפתל, מעגל אלקטרוני מונע את האות לייצר תדרים אנטי-נוזה, ורמקול מיניאטורה מספק כי לא ניתן למנוע גל לתוך האוזן.

טווח התדר המעשי שבו ANC מצטיין הוא מתחת ל-1 kHz. מעל זה, בידוד פסיבי משרוולים ושקית כוס משתלטת על כי ביטול פעיל דורש דיוק שלב חזק יותר כי הופך להיות קשה יותר לשמור על אורכי גל קצרים יותר. מאמר זה מתאר הזנת טופולוגיה: המיקרופון ממוקם מחוץ לכוס האוזן כדי ללכוד רעש לפני שהוא מגיע אוזן למערכות אוזן קדימה הם פתוחים וקל יותר כדי ליישם את המיקרופון הבסיסי, אבל עושה אופטימיזציה, אבל עושה אופטימיזציה של תכונות אידיאליות יותר.

הבנת הנתיב האקוסיבי הוא קריטי. Noise נוסע ממקור למיקרופון החיצוני, דרך האלקטרוניקה (עם עיכוב הפצה), ולאחר מכן מן הדובר לאוזן.האנטי-נוזה חייב להגיע בדיוק באותו זמן כמו הרעש שדלף את ההיערכות דרך מחסום הפיזי של אוזניות, כל אי התאמה מפחיתה את עומק הביטול.

בניין מימון בלוקים של מעגל ANC

כל מערכת חיבור אנלוגי כולל שלושה שלבים עיקריים: מאמת מיקרופון, שלב מופנם, ומגבר כוח המניע את דובר אוזניות. A IV שלב רביעי - מסמן מגבר - הוא לעתים קרובות הוסיף לשלב את האנטי- רעש עם אות אודיו הרצויה כגון מוסיקה או קול. המיקרופון מציג רעש מחלחל בקלות וממיר אותו לתוך ממריץ חשמלי זעיר.

בחירת המגבר המבצעי הנכון

(אופוס-אמפ עושה בחירה ישירה של רצפת רעש, רוחב פס וצריכת חשמל.עבור אוזניות ANC מופעלת סוללה, גיליון נתונים נמוך, חד פעמית של דגימת יחיד הוא חיוני. LM358 הוא דגימה כפולה פופולרי שפועלת מרכבת בודדת כמו 3 VABS), מה שהופך אותו מתאים עבור עיצובים ניידים.

ללא קשר לדגימה שנבחרה, ודא כי היא יכולה להניע את הדחף של אוזניותיך.נהגים אוזן טיפוסית יש מגבלות מ 16 ⁇ ל-64 ⁇ .רוב הדגימות יכול לספק רק כמה מילימטרים, כך שאם אתה צריך תפוקה גבוהה יותר הנוכחית, להוסיף רצף דחיפה פשוטה או מגבר אוזני ייעודי IC לאחר שלב ה-230 (מנקה) ניתן לקחת ישירות מ-pto-pater (מפרק 2) כדי לקחת בחשבון באופן ישיר יותר מ-pto-pate (מסוגד) דרך ⁇ ) או מ-pate (מנקה (מסוגנן) כדי למנוע את המריבהלדוגמא: M {3) באופן ישיר יותר מ-paterfto) כדי למנוע את המריבהלתקן M {3 (מסוגנן) כדי למנוע את המרחץ חזק יותר מ-pate) באופן ישיר יותר מ-pate (מסוגדפסהתקן ראשי פשוט יותר מ-pate) או מ-pate (מנקה (מסוגנן) או מ-uprepopertexitupate) כדי למנוע את המרבמטרהמכונה ישירות דרך ⁇ (מסוגנן מראש).

רשימת סודיות ופרטים

לאסוף את הפריטים הבאים לפני שתתחילו, שימוש בחלקים סטנדרטיים דרך חור עבור קל לוח לחם מומלץ.

  • (FLT:0) מיקרופון אלקטרורטה (FLT:1) - קפסולה קטנה של אטומית עם מובנה-in FET; רגישות טיפוסית סביב -44 dBV /Pa. זה דורש הטיה DC דרך התנגדות (בדרך כלל 2.2 k ⁇ עד 10 k ⁇ ).
  • (FLT:0) מבצע מגבר מגבר 1 - LM358 (DIP-8 חבילה) או סמן כפול שווה ערך. דגימת כפולה שנייה עשויה להיות נחוצה לשלב המסכם אם אתה כולל השמעת מוזיקה.
  • (FLT:0)ResistorsFLT:1 - ערכים: 2.2 k ⁇ , 10 k ⁇ , 22 k ⁇ , 47 k ⁇ , 100 k ⁇ , ו 1 M ⁇ עבור הטיה מיקרופון 1/4 W סרט נגד פחמן הם בסדר.
  • (FLT:0)Capacitorsph:1 ; קרמיקה capacitors (0.1 μF, 10 pF, 33 pF) עבור decoupling and Phase פיצוי; capacitors (10 μF, 22 μF, 100 μF) עבור הפיכה וסינון חשמל.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) נהג הנדריפון (HeadphoneeurFLT:1) - דובר דינמי קטן או רכיב אוזניות משוכפל (32 ⁇ או גבוה יותר אם הוא מונע ישירות על ידי דגימה; אחרת להוסיף חיץ).
  • (FLT:0)Power SupplyFLT:1) - סוללה של 9 V עם מחבר תמונות או אספקת ספסל מוסדר DC ספסל.רשת קרקע וירטואלית נדרשת עבור פעולה חד-פעמית.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א, ו"ה' (ב"ב) ,ב" (ב"ב) ,ב"ב).
  • (FLT:0)OptionalofLT:1 - מקור אודיו (למשל, סמארטפון) עבור בדיקות סיכום, כבל מוגן, oscilloscope עבור debugging, מיקרופון מדידה קטן עבור אימות ביטול.

עבור לוח לחם, לשקול באמצעות מודול מיקרופון של חשמלראט עם מעגל הטיה בנוי (למשל, MAX9814) אם אתה רוצה לפשט את הסוף הקדמי, אבל עיצוב דיסקרטי נותן יותר שליטה על רווח ורוחב הפס. כבל מוגן עבור המיקרופון מומלץ מאוד להפחית את הטיפה.

עיצוב מעגלי מפורט

יצירת קרקע וירטואלית עבור מבצע חד-סופי

מכיוון שאות אודיו נעות מעל ומתחת לרמת ההתייחסות, מגבר חד פעמי חייב להיות מוטה במתח באמצע-הטווח, לעתים קרובות נקרא רצפה וירטואלית. השתמש במחלק פשוט של שני מתנגדים שווים (למשל, 10 k ⁇ כל אחד) בין Vcc וקרקע, עקפו עם 10 מיקרו-F התנגדות לצומת נמוך יותר.

מיקרופוני Preamplifier

הפלט הזעיר של המיקרופון של המיקרופון יש להגבר מכמה מילימטרים עד 100 mV או יותר לפני הפיכה הרץ, תצורה של מגבר אינו מונע מזיהום גבוה הוא אידיאלי בגלל אימפולס הקלט הגבוה שלו.חבר את המיקרופון באמצעות 1 μF הפיכה הפיכה הפיכה 1 μling capaciling ל- RLT2 לאחר 1 = kp = kp2n = kp = kp = kp = kp1 = kp = kp 2 {\displaystyle 1 {\displaystyle 1=R} 1=R2 k2 kp} 1 {\displaystyle 1=R} 1 {\displaystyle 1 {\displaystyle Racier=R} 1 {\displaystyle k {2} 1 {\displaystyle R {2} 1 {\displaystyle R {1=R} ⁇ 1 {\displaystyle R {1=R} ⁇ 2=R} ⁇ 1 {\displaystyle R {2} 1 {\displaystyle RLT2} ⁇ 1 {\displaystyle RLT2} ⁇ 1 {\displaystyle R {1 {\displaystyle R {1=R} ⁇ 1=R} ⁇ 1 {\displaystyle R {1 {\displaystyle

מאמת זו מספקת גם קיצוץ בס טבעי אם ערכי capacitor ההפיכה נבחרים בצניעות; תדירות הפינה המסנן בגובה פאס צריכה להיות מתחת 100 הרץ כדי לשמר את טווח יעיל ANC.עבור ביטול עמוק בתדרים נמוכים (עד 50 ), להגדיל את הכניעה ההפיכה ל-22 מיקרוF.

למנוע מגבר ואנטי- רעש

ה- LM358 השני מוגדר כמגימה עם רווח של -1, לשפוך את האות preamplified. Connect את הפלט באמצעות 10 k ⁇ התנגדות ל- inverting קלט. A 10 k ⁇ משוב 0 ק"מ התנגדות מפלט לאותו קלט מגדיר את גודל הרווח ל- 1.The non-inverting הוא קשור ל-Freative עכשיו לאפשר את ה-Frepretretance ל- k.

הדיוק בשלב הוא קריטי.המגבר הממריץ מציג שינוי 180 מעלות בתדרים נמוכים, אבל שלב נוסף lag מתרחשת עקב תגובת התדירות של OP-amp עצמו ואת ה- הפיכה capacitors. עבור תדרים עד 500 הרץ, השגיאה בשלב נשאר מינימלית.You עשוי לצפות עומק ביטול שיפור על ידי מעט התאמת הפרס או הוספת קפיטור קטן (1033 p) בין שולי הגל כדי ליישר את חומר ה- ttop המקורי כדי להתאים את חומר ה-to-to-to-to-upt.

תגית: Summing Anti-Noise with Audio ⁇

אוזניות ANC מאפשרות לך להקשיב למוסיקה תוך ביטול רעש. לעשות זאת, את האנטי-נוזה חייב להיות מעורב עם אות אודיו ללא הפרעה. a פשוט מסמן באמצעות דגימה שלישית (או שילוב התנגדות פסיבי) להשיג את האות C2 תגובה אחת (או רזולוציה) עם 10 k ⁇ התנגדות מפלט I-noise ועוד 10 k ⁇ התנגדות מול אודיו (או רזולוציה מילולית) כדי לחבר את האותות אחורית של 2D.

כאשר מסכמת, יש צורך בזהירות למנוע את האנטי- רעש להשפיע על אות המוזיקה.המגבר הממסמל צריך להשיג אחד לשני הנתיבים כדי למנוע שינוי ברמת המוסיקה.בנוסף, להבטיח כי מקור המוסיקה הוא AC-קופאונד ומוטי לקרקע וירטואלית כדי למנוע שילוב DC.

עיצוב אספקה ושיקולים

סוללה 9 Vpower מספקת מקור נקי, צף DC שעובד היטב עם תוכנית הקרקע הווירטואלית.להוסיף 100 מיקרוF אלקטרוליטי קפיטור 010 μ capacitor על פני מסילות הכוח כדי לדכא רעש ו oscillation. שמור בראש כל LM358 יכול להזיז את הפלט שלה רק בתוך 1.5 V של מסילות האספקה, כך עם אספקת 9 V, מקסימום גבוה כמו רזולוציה של 2.

עבור בדיקות ספסל, אספקת כוח מוסדר DC שנקבעה ל-9 V נוח. עם זאת, ציוד קו מופעל יכול להציג לולאות קרקע; סוללה המועדפת על בדיקות סופיות.אם אתה צריך להשתמש מתאם קיר, כולל מחזר גשר ו -470 μF מסנן capacitor כדי ליצור אספקת DC צפה, ולאחר מכן להוסיף את הקרקע הווירטואלית.

איסוף לחם ובדיקה ראשונית

התחל על ידי ensembling את המפיץ הקרקע הווירטואלי ולוודא כי מתח אמצע נקודת הוא בערך חצי האספקה. ואז לבנות את המיקרופון preamplifier, לחבר את המיקרופון עם כבל מוגן כדי להפחית את החום. Power את המעגל ולבדוק את הפלט preampl עם אות oscilloscope או multimeter להגדיר AC; ping את המיקרופון צריך לייצר גלפור גלוי.

עבור מבחן ביטול מהיר, להציב את המיקרופון קרוב למקור רעש (מאוורר או גנרטור טון משחק דרך דובר נפרד) להחזיק את הנהג אוזני ליד האוזן שלך.אתה יכול לשמוע ירידה במזם נמוך.

גישה כמותית יותר כרוכה באמצעות oscilloscope במצב X-Y. להאכיל את אות המיקרופון לת ערוץ 1 ואת הפלט האקוסי (המוצף על ידי מיקרופון שני שהוצב בעמדה האוזן) כדי לתעל את הטרימר עד הדמות הליסאג'י הופך קו דיגוני ישר, המציין שלב מושלם וביטול מפוספס.

כוונון עדין ל-Switch for Optimal Performance

אופטימיזציה אנלוגי ANC היא בעיקר על התאמת רווח, רוחב פס, ובשלב. השתמש בטרימר בדרך משוב של המטורף כדי להגדיר את הרווח המדויק עבור ביטול עמוק ביותר בטון נמוך מטרה (למשל, 200 הרץ) אוקטילוסקופ במצב X-Y יכול לעזור: להאכיל את המיקרופון כדי לערוץ 1 ואת הפלט האקביוטי (למשל, על ידי מיקרופון קטן בתוך קו אוזן), ניתן להתאים את הטון קבוע, כלומר, ישר, כדי ליישר דרך אוזן שימוש ישר, כלומר, דרך אוזן, כדי ליישר, כלומר, כלומר, מיקרופון, מיקרופון, כלומר, כלומר, כלומר, ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר, כדי ליישר דרך קו רמקול, כדי ליישר, רמקול, כדי להפעיל את הטון, כדי ליישר, רמקול, כדי להפעיל את הטון, כדי ליישר, יכול לעזור: מיקרופון, יכול לעזור: רמקול, כדי להפעיל את המיקרופון, כדי להפעיל את המיקרופון, כדי להפעיל את הטון, כדי להפעיל את המיקרופון, כדי להפעיל את הטון, כדי להפעיל את הטון, כדי

היזהרו משוב אקוסטי: אם המיקרופון קרוב מדי לנהג אוזניות, האנטי-נוז יכול להתחבר בחזרה למיקרופון, יצירת איךלינג או oscillation. הפרדה פיזית או חומר לחות אקוסטי בתוך כוס האוזן עוזר.שימוש בטופולוגיה להאכיל קדימה עם המיקרופון מחוץ לכרטיס באופן טבעי להפחית את המיקרופון ולשמור על קלט ה- Op-amp מוביל גם קצר מנע איסוף חשמלי לא רצוי (pvrecaup) אם מוסיפים את ה-F2 ל-Fcrelito-Ride (או mp) כדי להפחית את ה-F) באופן טבעי לחץ רוחב פסים (או mp) כדי ל-Ric).

יישומים אמיתיים והגבלות

מעגל ANC של ספקטרום ה-ENC מדגים את העיקרון הבסיסי, אבל אוזניות ANC מסחריות משתמשות בטכניקות מתקדמות יותר. Feedforward ANC כפי שתואר כאן הוא פתח-loop; הוא אינו מתאים לשינויים בדרך האקוסטית. Feedback ANC מציב את המיקרופון בתוך כוס האוזן, ישירות ניטור של רעש השגור וצמצום מתמיד של אלגוריתמים, אשר יכול לבטל רוחב פס רחב יותר ולטפל בו ולטפל בו ולטפל בו וריאציות בעלות התאמה גבוהה יותר של מערכות אוזניות, עם זאת, דורשות (Cretexitual) כדי למנוע אלגוריתם (CreditX-Dexit) כדי למנוע אלגוריתם (Cupitxtexitexitexit (C) כדי למנוע אלגוריתם נמוך יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, כולל אלגוריתם (C) כדי למנוע אלגוריתם רלוונטי) כדי למנוע אלגוריתם ל-Dexitxtexitxtoxtexit (Dexitxtoxtoxtoxtoxtoxit (Dast-Dast-Dexit (Dexit) כדי למנוע אלגוריתם (Dexit) כדי למנוע אלגוריתם (Dexit) כדי למנוע אלגוריתמים של אלגוריתם (Dast-

אחת המגבלות העיקריות של עיצוב הזנה הפשוט שלנו היא כי ביטול יעיל רק עבור צלילים המגיעים למיקרופון החיצוני זהה לאופן שבו הם יגיעו לאוזן הרץ.כיוונים שונים של הגעה רעש, פונקציות העברת ראש, ואת השידור האקוסי של האוזן לשנות את שולי שלב הגלים, למנוע הסתה מושלמת, בנוסף, המעגל מציג עיכוב קבוע; אם זה עולה על גל של רבעון של תדירות, שינויים קונסטרוקטיביים, בדרך כלל, כלומר, על מנת לבדוק את התדירות גבוהה יותר, כלומר, כלומר, על מנת לבדוק את ה- 1F.

בעיות נפוצות

(ב) כאשר אתה יכול להיתקל במספר בעיות נפוצות (FLT:0) תפוקה של פרק ראשון, אשר אינה מספקת, היא תוצאה של הטיה חסרה DC עבור המיקרופון הסלקטיבי, להבטיח את הצמידים של המיקרופון מחובר ל-Vcc דרך קיבולת מוגבלת (ply 2.2 k ⁇ ) ו-FLT2, 000, 000 קיבולת נמוכה יותר, אם הוא מוגבל ל-iF) או ל-iF.

(FLT:0) ,Distorted Anti-noiseFancy:1) ברמות גבוהות עלול לגרום למגבלות קידוד גרף הדגמה.צמצם את העלייה מראש או להגדיל את מתח האספקה.אם המיקרופון אוסף את האנטי- רעש מהרמקול (איור), להגדיל את ההפרדה הגופנית או להשתמש במיקרופון כיוון עם דפוס איסוף מכוון הרחק מהרמקול.

מעבר ל-O-Amps: פתרונות ANC

(אם אתה רוצה לחקור ביצועים גבוהים ANC, עיבוד אותות דיגיטליים פותח אפשרויות חדשות. Low-cost ARM Cortex-M4 או ייעודי ANC צ'יפס כמו ה- Analog מכשירים ADAU1772 יכול לבצע אלגוריתמים מסוננים מתקדמים כגון ה-Dyted-X לפחות מתכוון לריבועים (FxLMS) ו- ALT2 (F) אלגוריתם DLM) של אלגוריתם DLMS) אלגוריתם פתוח באופן קבוע כדי לייעל את הפילטרים אלקטרוניים כדי למקסם את ה-F2.

עבור אלה שרוצים להישאר בתחום האנלוגי אבל לשפר את הביצועים, לשקול הוספת שלב מסנן שני סדר כדי לעצב את תגובת התדירות המיקרופון.לפעמים את שיא התגובה האקוסטית של אוזן על תדרים מסוימים; מסנן לאץ יכול לפצות, שיפור שטוחות של ביטול.זה דורש מדידה זה דורש מדידה זהירה אבל יכול להניב תוצאות דומות לטלפונים מסחריים ברמת הכניסה.

שיקולים עיצובים ואקוטיים

המתחם הפיזי של אוזניות משפיע באופן דרמטי על ביצועי ANC. מיקרופון הזין צריך להיות מותקן על מחוץ לכוס האוזן, ממוקם כדי ללכוד רעש מכוער עם מכשולים מינימליים. מסך רוח קטן מפחית חפצים רעשי רוח.המיקרופון קרבה לנמל האקוסיבי של האוזן יכול ליצור חזרות; ניסיון עם מיקום כדי למצוא עמדה שנותן את התגובה שטוחה של רעש האוזן.

בתוך כוס האוזן, הנהג צריך להיות חתום נגד כרית האוזן כדי למנוע דליפות אקוסטית כי פשרה הן בידוד פסיבי וביטול פעיל. חומר כריתתול והתאמה נגד הראש לקבוע את הקיצוץ הנמוך ⁇ עבור בידוד פסיבי; חותם טוב מרחיב את הטווח היעיל של ANC. עבור בונה, לשקול שימוש בכוסים מעל פני הקרקע עם ciumaural ⁇ , אשר לספק בידוד פסיבי יותר מאשר סגנונות ספוגים.

Wiring חייב להיות מתוח-relieved ו מוגן. השתמש זוגות מעוותים עבור אות וקרקע למיקרופון, ולשמור חוטי אספקת חשמל הרחק נתיבי אות אודיו. PCB קטן או גרסת פסטון של המעגל ניתן לרכוב בתוך כוס האוזן או במתחם קטן שחוקים על פס הראש.עבור אבטיפוס לביש, 2 LM358 ICs (אחד לכל ערוץ) וסוללה יכול להתאים בתוך קופסה קטנה לפס.

מסקנה

בניית מעגל רעש פעיל ביטול אוזניות עם מגבר תפעולי היא דרך מעשית לתפוס התערבות גל, מיזוג אות אנלוגי ואלקטרוניקה אודיו.הפרויקט לוקח אותך ממחיצת מיקרופון פשוטה למערכת להאכיל פונקציונלית קדימה ANC שיכולה להפחית את קצב ה- ENC נמוך ו- rumble. בעוד זה לא יכול להתחרות בביצוע של אדני אדסנסציה מסחרית, החוויה מלמדת על שלב פונקציונלי, לצבור לוגי יותר, 000, עיבוד וידאו, או עיבוד אמיתי של פעילות גופנית.