ВНИМАНИЕ ! Запрещается любая републикация, полное или частичное воспроизведение материалов c данного сайта, а также фотографий, чертежей и схем, без предварительного согласования с администрацией сайта “Железяки”.

   
  Железяки
  silence
 

Недавно, я наткнулся на интересную статью с зарубежного сайта. В статье приводилась методика сборки шумоподавляющих наушников. Встроенные в наушники микрофоны воспринимают окружающие шумы и генерируют звукоподавляющий сигнал, создавая эффект тишины.
Военно- оборонительный комплекс давно взял на вооружение данный принцип подавления звуков. К примеру, самолет - невидимка “Стелс”, не только не видим для радаров, но и неслышен для человеческих ушей. На его борту стоят компьютеры, обрабатывающие звук рева реактивных двигателей и выдающие сигнал антизвука (перевернутый по фазе основной звук). Звук двигателей смешанный с антизвуком полученного с компьютеров, друг друга уничтожают, создавая полную тишину. 
Конечно аналоговые метод обработки звуков в наушниках намного примитивней цифровых технологий “Стелс» - а, но простота устройства и его оригинальность меня просто восхитили. Мне так понравилась статья, что я решил ее перевести на русский язык и показать ее тысячам моим землякам. Для многих россиян изложение статьи на английском языке  представляет препятствие для ее ознакомления. Пожалуйста ,строго меня не судите за перевод, как смог так и перевел. Не смотря, что мой английский находится на уровне школьной программы, перевод получился довольно удачный и понятный.
Тем,  кто хорошо владеет английским стоит почитать оригинальную статью по адресу:

   
http://headwize.com/projects/showfile.php?file=noise_prj.htm

В Интернете есть англоязычный ресурс, на котором люди уже построили данные наушники и описали их возможности в реальности. Вот его адрес:
  
http://www.owlnet.rice.edu/~elec301/Projects99/soundcancel/

Активные шумоподавляющие наушники.


В сегодняшнем беспокойном и шумном мире, мы ищем блаженственную тишину. Хорошо было бы, погрузится в тишину на час или два. Для этого и созданы эти шумоподавляющие наушники. Не каких фантазий! Окружающий нас звук улавливают микрофоны и передают наушникам сигнал в противофазе. Таким образом, звуковые шумы заглушаются. В настоящее время в продаже появились активные шумоподавляющие наушники. Однако вы можете их изготовить сами, потратив время с пользой и удовольствием. Описанные ниже наушники не только позволяют ослабить окружающие нас шумы, но и предоставляют возможность спокойно слушать музыку с радиоприемника или плеера на фоне тишины. Кроме того, в них есть переключатель позволяющий сменить режим “уничтожение окружающих шумов ” на “усиление окружающих звуков”, что позволит их использовать вместо слухового аппарата – усиливая слабые звуки. Есть и другие интересные применения данной конструкции, но о них чуть позже.

Принцип работы наушников.

Электронное устройство состоит из трех частей. Каждая часть построена на микросхеме NE5532 имеющая в одном корпусе два операционных усилителя. Первая часть IC1 – неинвертирующий усилитель (предварительный микрофонный усилитель). Вторая часть IC2– инвертирующий усилитель (инвертор фазы звукового сигнала). Третья часть IC3– усилитель мощности звукового сигнала для наушников. Так-так устройство работает со стерео сигналом, то естественно оно состоит из одинаковых блоков для правого и левого канала. Ниже будет описана работа только одного блока, второй работает идентично первому.
Кликните по картинке, чтоб ее увеличить
Рис.1 за шумоподавление в наушниках отвечает инвертирующий звуковую фазу усилитель. Перевернутый звуковой сигнал шума, воспроизводимый через наушники, складывается с настоящим звуковым шумом, в следствии чего они уничтожают друг-друга, оставляя только тишину. Владелец данных наушников может на фоне искусственной тишины слушать музыку, подключившись к плееру или др. источнику МУЗ.фонограмм.

Принципиальная схема электронного устройства наушников изложена на рис.1. Прикрепленный к наушникам микрофон подсоединяется к разъему j1. Внешнее напряжение питания для микрофона, подается через резистор R2. Звуковой сигнал от микрофона поступают на вход не инвертирующего усилителя IC1-a выполняющий роль предварительного усилителя. Коэффициент усиления предварительного усилителя зависит от величины резисторов R8,R6 и в данном случае составляет, примерно 31 децибел. На элементах C2,R4 и C4,R6 построены фильтры верхних частот. Эти фильтры пропускают на усилитель переменную составляющею звукового сигнала, а постоянную (напряжение питания для микрофона) срезают.   
Сигнал с выхода предварительного усилителя поступает на вход инвертирующего усилителя IC2-а и на контакт переключателя SL-а. Усилитель IC2-а переворачивает фазу звукового сигнала. Перевернутый сигнал по фазе также поступает на другой контакт переключателя SL-а. Таким образом, переключателем SL-а можно выбрать либо перевернутый по фазе звуковой сигнал, либо не перевернутый. Выбранный переключателем сигнал поступает на переменный резистор R14-A. Данный резистор регулирует уровень громкости в наушниках.
На элементе IC3-a построен усилитель мощности звуковой частоты для наушников (УМЗЧ). Его коэффициент усиления зависит от номиналов R19,R15. На входе УМЗЧ сигналы складываются, с переключателя SL-а и входного разъема J1. Переменный резистор  R23-a предназначен для регулирования уровня сигнала входящего на вход J1.
Резисторы R15 и R17 выбраны по 10-килоом неспроста. Помимо того, что они вместе с резистором R19 задают коэффициент усиления УМЗЧ, они еще и взаимодействуют с 100-килоомными переменными резисторами. При таких номиналах, переменные резисторы более приближаются к логарифмическим характеристикам.
Сигнал звуковой частоты с выхода УМЗЧ поступает, через резистор R21, к гнезду для включения наушников J3. Резистор R21 защищает УМЗЧ от перегрузок в случаи короткого замыкания в шнуре наушников.
Если вы некогда не использовали операционный усилитель NE5532 в качестве УМЗЧ для наушников, то вас ждет приятный сюрприз. Такой УМЗЧ способен выдать 10-ти вольтовый сигнал на 600 омные наушники, с минимальными искажениями. Выходная мощность УМЗЧ достигает до 166 МВт, в отличие от большинства другой стерео воспроизводящей аппаратуры, развивающей мощность от 20 до 30 МВт.
В заключении, отмечу следующие: Большинство имеющихся в продаже интегральных усилителей для наушников, дадут более худшее результаты, нежели NE5532. Операционный усилитель NE5532 можно заменить:  0P275 (производитель - Analog Devices), OPA2604 (производитель - Burr Brown), LM833 (производитель - National Semiconductor).

Сборка.

Устройство состоит из двух частей: электронный блок и модифицированные наушники. Схема электронного блока очень простая и может быть выполнена на макетной плате. Применение макетной платы упрощает процедуру сборки электронного блока, так-как отпадает нужда в травлении платы и ее сверлении.
При изготовлении настоящего устройства будьте внимательны и не допускайте ошибок. Большинство радиолюбителей не проверяют свои поделки на всевозможные ошибки монтажа. Довольно частой ошибкой является пайка радиодеталей с несоблюдением, по рассеянности, правильной полярности или разводки. Результатом таких ошибок, может быть, что: устройство не будет работать, полупроводниковые радиодетали перегорят; электролитические конденсаторы могут взорваться.

 Рис. 2. Монтажная плата и батареи установлены в пластмассовую коробку.

Использование в нашей конструкции аудио разъемов под штекер-“ мини Джек” это хорошая манера следовать за промышленными звуковыми стандартами. Возможное расположение радиодеталей, а также пульта управления изображено на рис.2.
Выбирая корпус, под электронное устройство убедитесь, что он имеет достаточные размеры для установки платы и двух 9-ти вольтовых батарей.

Кликните по картинке, чтоб ее увеличить
Рис. 3. Микрофоны установлены на внешней стороне чашечек от наушников. Провода от наушников и микрофонов связаны вместе для более удобного ношения (A). Как паять микрофоны к аудио разъему смотрите на рисунок (B) Полярность на микрофоне легко индефицировать по дополнительно имеющемуся припою между и его корпусом. (С).

Модернизация наушников

Используйте стандартные, полноразмерные наушники. Конструкция наушников немного изменена, на них устанавливается два маленьких электретных микрофона. По микрофону на каждую чашечку. Модификация показана на рис.3.
Успех в создании удобных наушников заключается в применении тонких проводов, подключенных к микрофонам. Для этого необходимо купить самые дешевые наушники. Срезать с них провод и использовать его для подключения к микрофонам.  Как премиальное дополнение, в купленных вами, дешевых наушниках, уже есть штепсель, который можно использовать при подключении микрофонов к электронной части устройства.
Лучший инструмент для зачистки проводов – это лезвие. А что бы не попутать какой провод куда паять, используйте для прозвонки тестер.
Теперь предстоит припаять провода к микрофонам. Будьте особо внимательны, не перепутайте полярность включения микрофона. После того как к микрофонам будут припаяны провода, их следует проверить на работоспособность, до приклеивания к наушникам. Пайку проводов к микрофонам следует проводить согласно рис. 3B. Прикрепите микрофоны к наушникам как показано на рис. 3A. Одним из способов крепления микрофонов к наушникам является склеивание их силиконом. Используя спичку или деревянную зубочистку, аккуратно распределите силикон по краям микрофона.
Левый микрофон клеится к левой чашечки наушников, а правый к правой чашечки. Если левый микрофон приклеить к правому наушнику, а правый к левому, то устройство не будет работать должным образом.
После того как клей “намертво схватит” микрофоны к наушникам, следует собрать все провода от наушников в один жгут и дабы они не рассыпались перевязать их нейлоновой ниткой, как показано на рис.3.А.
Вот теперь можно поэкспериментировать с шумоподавляющими наушниками.

Создаем тишину

Чтоб проверить наушники, необходимо найти помещение с небольшим уровнем шума, например от кондиционера.  Подключите наушники к электронному устройству и наденьте их на себя.
Поверните, против часовой стрелки, до упора, переменные резисторы R14,R23  и включите питание выключателем S2. Медленно, по часовой стрелки, проверните переменный резистор R14 (R14 регулирует уровень микрофона). Во время подстройки R14, вы должны услышать либо усиления окружающих шумов, либо их исчезновение. Если окружающие звуковые шумы усиливаются, то переключите тумблер S1 в другое положение. При этом шумы начнут уменьшаться. Выставите, регулятор уровня микрофона в такое положения, при котором слышимые шумы не ослабнут до минимума. Произнесите громко какое-либо слово и если вы его услышите, словно у вас насморк, значит, наушники работают.
Данными наушниками невозможно устранить полностью все звуковые шумы.
В способности наушников уничтожать шумы играют роль множество обстоятельств: Громкость звука шумов, частотные составляющие шумов, местоположение источника шума, от всего этого зависит, как наушники справятся со своей работой. Смело экспериментируйте с различными вариациями перечисленных обстоятельств.
Если собранное устройство работает превосходно, подключите к гнезду J2 плеер или др. источник стерео сигнала. Медленно, по часовой стрелке, поверните резистор R23. Воспроизводимый в наушниках звук плеера должен быть четким, без искажений.  Поэкспериментируйте, прослушивая плеер в зашумленной комнате через наушники. Шумоподавляющие наушники отличное средство по борьбе с такими шумами как, исходящие шумы от систем вентиляции.

Альтернативные варианты

шумоподавляющие наушники, возможно, использовать и по другим назначениям. Например, для усиления слабых звуков.
Также их можно использовать для бинауральной записи. Так-так у нас есть два микрофона, практически расположенных там же где и ушные раковины, то можно электронный блок, вместо наушников, подключить к входу магнитофона.
Бинауральное воспроизведение перемещает слушателя в естественную звуковую среду. Два микрофона воспринимают точно те звуки, что и наши уши.
Проведите небольшой эксперимент: Сделайте запись говорящего человека, ходящего кругами вокруг вас. После оденьте наушники и прослушайте что записали. У вас создастся полная иллюзия, что человек ходит вокруг вас.
Устройство работает в диапазоне звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц, за счет чего воспроизводимый ими звуковой сигнал имеет удивительно высокую реалистичность.

Рис. 4. Установив оба микрофона на конце длинного шеста, вы сможете слушать тихие звуки в труднодоступных местах.

Другие интересные возможности нашего устройства можно получить при использовании различных приспособлений для микрофонов. Установите два микрофона на конце длинного шеста как показано на рис.4. Такое устройство позволит услышать то, что вы некогда не слышали. К примеру, можно услышать работу какого либо механизма или услышать, как хомячки грызут морковь. Установка микрофонов под углом 90 градусов (как на рис.4) дает возможность прослушивать источник в панорамном виде (стерео).

Рис. 5. Параболическое зеркало или отражатель от светильника превратит “большое ухо” в рабочую конструкцию. Микрофон устанавливается в фокусе параболического зеркала.

Приспособление для микрофонов – “большое ухо”

Данное устройство показано на рис.5. Его главный компонент – параболическое зеркало.
Поместите один или оба микрофона в фокус параболического зеркала. Аналог параболического зеркала можно приобрести в ближайшем хозяйственном магазине. К примеру, возможно использовать вогнутый отражатель от светильника.
Для эксперимента по приему отдаленных звуков попробуйте использовать два параболических зеркала (один для левого микрофона, другой для правого).

Список радиоэлементов
Резисторы (0,25ватт, точность – 1%):
R1 - 4.7 кОм
R2, R3 - 2.2 кОм
R4, R5 – 1 мОм
R6, R7 - 1 кОм
R8, R9 - 33 кОм
R10-13, R15-18 - 10 кОм
R14, R23 - 100 кОм (сдвоенные переменные резисторы)
R19, R20 - 100 кОм
R21, R22 - 47 Ом

Дополнительные элементы:
IC1-3 - NE5532, операционный усилитель
C1 - 33uF, 25-вольтовые , электролитический конденсатор
C2, C3 - 0.01uF, пленочные конденсаторы
C4, C5 - 10uF, 25-вольтовые, электролитические конденсаторы
J1-3 - (1/8-inch) гнездо стерео
S1, S2 - выключатель тумблер
B1, B2 – 9-ти вольтовые батарейки
электретные микрофоны , наушники,  коробка для корпуса, провода и пр

Перевод: Евзиков Р.Г.
17.07.09г



 
  Сегодня были: 25 посетителей Яндекс цитирования  
 
=> Тебе нужна собственная страница в интернете? Тогда нажимай сюда! <=