Deus-Ex › Блог › Система активного шумоподавления (Звук в противофазе, Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR)

Система активного шумоподавления (Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR) является современной высокотехнологической разработкой, нашедшей широкое применение в различных технических устройствах: аудиосистемах, оргтехнике, автомобилях, самолетах, подводных лодках и даже космических кораблях. Первым автомобилем, использующим активное шумоподавление стал люксовый японский седан Honda Legend (Acura RL — на американском рынке) в 2004 году, а вторым — Toyota в 2008 году. В настоящее время система активного шумоподавления устанавливается на некоторые модели автомобилей Audi, Buick, Cadillac, Ford, Honda.

Система активного шумоподавления предназначена для подавления шума от двигателя, других агрегатов, движения по дорожному покрытию в салоне автомобиля. Система позволяет снизить уровень низкочастотных шумов на 5-10 ДБ, чем достигается уровень комфорта соизмеримый с шумоизоляцией элитного лимузина.

Наряду с повышением комфорта, применение системы шумоподавления обеспечивает снижение вибрации конструктивных элементов, вызванной звуковыми колебаниями, за счет чего уменьшается износ этих элементов и потребление топлива.

Система активного шумоподавления включает микрофоны, электронный блок управления, аудиосистему и динамики.

Схема системы активного шумоподавления
Микрофоны устанавливаются на потолке салона автомобиля и непосредственно воспринимают негативные шумы. Сигнал от микрофонов поступает в электронный блок управления, где в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя формируются управляющие воздействия на аудиосистему.

Аудиосистема генерирует акустические сигналы в противофазе к шуму, чем достигается его подавление. В системе активного шумоподавления используется отдельная аудиосистема.

Усиленные акустические сигналы с аудиосистемы подаются на динамики, из которых два установлены в передних дверях и один (сабвуфер) за задним сиденьем.

Конструктивным и технологическим продолжением системы активного шумоподавления является т.н. система активного звукового оформления (Active Sound Design, ASD). В настоящее время система устанавливается на автомобили Mini от BMW.

Система активного звукового оформления
Принцип работы системы ASD построен на изменении звуковых волн с целью получения желаемого тона работы выпускной системы. Конструктивно все построено так же, как в системе активного шумоподавления: микрофоны – блок управления – аудиосистема – динамики. Только на выходе аудиосистемы не противофаза, а измененный звук.

Изменение характера звучания выпускной системы производится с помощью кнопок на приборной панели автомобиля. Переключение кнопок позволяет воспроизвести звучание выпускной системы четырех разных двигателей.

Несмотря на высокую техническую сложность, практической пользы система активного звукового оформления не имеет, а, в основном, удовлетворяет драйверские амбиции владельца. Необходимо отметить, что активный звук не слышен за пределами салона автомобиля (при закрытых стеклах дверей).

Специалисты Bose разработали чип, который можно интегрировать чуть ли не в любую мультимедийную систему автомобиля. Благодаря этому решению система активного шумоподавления будет работать даже в том случае, если автомобиль не снабжен более ни одним продуктом от Bose. Единственное ограничение – это частотные характеристики самой акустики.

Согласно заявлению Bose, созданное ими решение предусматривает возможность настройки под каждую конкретную модель. По предварительному плану, руководство компании рассматривает возможность оснащения подобными чипами автомобилей разных производителей еще на конвейере.

В отличие от предложенного решения Bose, в готовых автомобилях может использоваться не штатная аудиосистема, а дополнительная — частотный диапазон которой специально настроен исключительно для шумоподавления.

Как самому создать шумовой эффект

Шумовой эффект (Sweep Up, Sweep Down) – это (в большинстве случаев) постепенное нарастание или постепенный спад шума (или и то и другое вместе). Шумовой эффект очень часто используется в электронной музыке для заполнения пустот и создания движения в треке.

В этой статье я хочу рассказать о том, как самостоятельно сделать шумовой эффект. Я приведу несколько различных методик создания шумового эффекта. Для этого я буду использовать программу FL Studio 10 (подойдут и другие секвенсоры: Cubase, Ableton Live, Logic, Sonar).

Конечно, вы можете сильно не заморачиватся и использовать шумовые эффекты из библиотеки сэмплов, например, такой как Vengeance Electro Club Sounds или Mutekki Media Ultimate Beats.

Читать еще: Коктейль Summer Sherry Cobbler Летний шерри коблер

Звучат эти эффекты следующим образом:

Sweep Down

Sweep Up

Создание шумового эффекта с помощью ревербератора

1. Запускаю программу, открываю браузер (F8) и перетаскиваю в окно Playlist самый обыкновенный сэмпл Clap (или Snare)

2. Направляю этот Clap на первый канал микшера

3. В Insert вставляю самый обыкновенный ревербератор Fruity Reeverb

4. Устанавливаю Decay 4,5 sec, регулятор Dry в ноль и Reverb на максимум

5. После ревербератора, в следующий слот вставляю плагин Edison

6. Включаю режим записи ON PLAY, нажимаю на запись и проигрываю обработанный сэмпл. Таким образом, я записал сэмпл в Edison.

7. Немного обрежу результат записи, выделив ненужную область и нажав на Delete

8. Нажму Alt+Left (или Tools / Reverse). Далее зайду в меню Tools и выберу пункт Fade In (Ctrl+F)

9. Нажму на клавишу Send to playlist to as audio clip / to channel для того чтобы перенести получившийся эффект в плейлист

Послушаем что получилось.

Создание шумового эффекта с помощью эквалайзера

1. Создам в окне Step Sequencer новый канал и повешу на него синтезатор 3xOsc

2. Выключу первый и второй осцилляторы, установив значение VOL в ноль. Выберу у первого осциллятора тип волны – шум.

3. В Piano Roll пропишу одну ноту длительностью 8 ударов бочки. Прорисую партию в плейлисте.

4. Направлю сигнал с синтезатора 3xOsc на второй канал микшера и повешу в Insert плагин Fruity Parametric EQ 2. Отключу все фильтры кроме одного. Выберу режим Low pass с максимальным срезом.

5. Пропишу простую автоматизацию для регулятора FREQ. Для этого нажму на нём правой кнопкой мыши и выберу пункт Create automation clip и прорисую в плейлисте вот такой график.

6. Запишу результат в Edison и при желании обработаю (также как в предыдущем способе). Результат перенесу в плейлист.

Послушаем результат работы.

Создание шумового эффекта в Sylenth1

1. Создам в окне Step Sequencer новый канал, повешу на него синтезатор Sylenth1 и выберу пустой пресет

2. Оставлю включенным один осциллятор и выберу форму волны – шум.

3. Настрою амплитудную огибающую следующим образом

4. Прорисую в Piano Roll такую же партию как и в случае с 3xOsc

5. Выберу тип фильтра Lowpass для части A синтезатора и в области FILTER CONTROL установлю значение регулятора Cutoff — 20 Hz.

6. Настрою модуляционную огибающую MOD ENV. Для этого выберу в качестве параметра для модуляции Cutoff AB, установлю глубину модуляции на максимум и настрою огибающую следующим образом.

7. Запишу результат в Edison, сделаю реверс и перенесу сэмпл в Playlist.

Это далеко не все способы создания шумовых эффектов.

Можно для этих целей применять и другие VST плагины и синтезаторы (например Fruity Phaser). Но об этом как-нибудь в другой статье.

Надеюсь, этот материал был вам полезен. Нажимайте на кнопки социальных сетей и делитесь с друзьями.

Deus-Ex › Блог › Система активного шумоподавления (Звук в противофазе, Active Noise Control, Active Noise Cancellation, ANC, Active Noise Reduction, ANR)

Система активного шумоподавления включает микрофоны, электронный блок управления, аудиосистему и динамики.

Читать еще: Коктейль Burdock Sazerac Бердок сазерак

Заблуждение. “Высокие ISO – шумные! Больше ISO – больше шум!”

Одним из самых распространенных заблуждений среди (цифровых) фотографов является такое:

Высокие ISO – шумные! Больше ISO – больше шум!

Это – очень вредное заблуждение (которое, в частности, загубило часть моих ночных кадров), типичный случай перестановки причины и следствия. Хуже всего то, что это заблуждение проникает во всякие фотографические курсы и ранит неокрепшие души фотографов-новичков.

Давайте разбираться на конкретных примерах.

Говорить о влиянии ISO имеет смысл, если мы зафиксировали остальные параметры, а именно:

Снимаемую сцену и ее освещение, чтобы можно было нормально сравнивать
Экспозицию (количество света, попадающего на сенсор/отдельный пиксель), а именно
- Выдержку
- Диафрагму

Обычно в тестах так не делают, вместо этого фиксируют сцену и освещение и начинают перемещаться по треугольнику экспозициии, таким образом, путают естественный шум самого сигнала (о котором мы чуть подробнее поговорим позже) с шумами, создаваемыми камерой («за счет повышения ISO»). Мы эту ошибку повторять не будем.

В интернете уже есть приемлемо аккуратно снятые примеры и там уже все ясно без слов. Вот, к примеру, скриншот с DPReview (тест Canon 5D Mark IV, страница про ISO invariance, но я покликал по странице и загрузил тестовые файлики от Canon 6D, где разница видна получше):

Это 4 кадра одной сцены с одинаковой освещенностью, показан один и тот же фрагмент Color Checker, снятый с одной парой выдержка/диафрагма, но на разных ISO (и далее яркость приведена к одинаковой при процессинге). Как мы видим, чем выше ISO – тем меньше шум (при «прочих равных»!).

Совершенно аналогично ведет себя Sony A7S:

Да, ISO100 (+6 в конверторе) выглядит получше, чем у 6D, но это мы и так подозревали (мегапикселей поменьше, отдельный пиксель – покрупнее, ну и вообще шумит A7S тоже меньше 6D).

Справедливости ради: мы знаем, что изрядный вклад в шум вносит постпроцессинг (raw-конвертор или прошивка камеры). На скриншотах DPReview мы видим результаты этого процессинга, которые могут быть (мягко говоря) «не оптимизированы» для больших движений слайдера экспокоррекции.

Читать еще: Коктейль Apple Mulled Wine Яблочно-ванильный глинтвейн

Имеет смысл смотреть непосредственно на RAW-данные (при помощи RawDigger), например просто на стандартные отклонения на плоских плашках, благо все RAW-файлы доступны для скачивания.

Однако примеры с DPReview имеют два недостатка:

Сцена освещена недостаточно равномерно:

Это хорошо видно прямо в браузере, правый край светлее левого:

При анализе маленьких патчей (и их сравнении) это, скорее всего, неважно, но пуристы могли бы придраться.

Есть единственная экспозиция – вот эта претензия, по мне, важнее: мы можем посмотреть зависимость шума от ISO, но не можем зависимость шума от количества света.

Поэтому я попросил Илью Борга, благо у него все готово в студии для съемки мишеней, снять набор тестовых кадров. Вот таких:

Для проверки равномерности освещения, я накидал «самплов» (RawDigger-а) по верхнему краю колочекера (по рамке):

И вот как выглядят эти замеры:

Если смотреть, к примеру, на зеленый канал, то там разброс среднего от 1001 до 1099 т.е. +-5%, то есть чуть больше 1/15 фотографического стопа (можно было бы оценить, насколько такой разброс объясняется естественной дисперсией постоянного сигнала, но я не буду, точность в любом случае более чем достаточная)

В эксперименте 8 кадров:

4 пары с разной экспозицией, 1/50, 1/100, 1/200 и 1/400, f/5.6
В каждой паре одно значение ISO «нормальное» (соответствует выбранной экспозиции и освещению), а второе – на 3 стопа ниже (т.е. будет – для этого ISO – три стопа недодержки).

Я взял самый темный квадратик на ColorChecker, расположил на нем Selection (RawDigger-а) и смотрю на сигнал и шум в синем (самом шумном) канале:

Отношение среднего значения (Avg) к стандартному отклонению (σ) – это отношение сигнал-шум.

Результат замеров приведен на графике:

При одной и той же экспозиции, более высокое значение ISO дает меньший шум (отношение сигнал/шум – выше). Разница не очень большая (кроме пары 100/800), но всегда в одну сторону
График «для высокого ISO» начинается с ISO800 (слева), а для «низкого ISO» – заканчивается на ISO800 (справа). При этом S/N отличается практически втрое (что ожидаемо, экспозиция в 8 раз ниже).
Кроме того, для низких ISO присутствует артефакт, шум на 1/50-ISO100 практически такой же, как на 1/100-ISO200, несмотря на то, что исходный сигнал – вдвое выше. Такое бывает, такое мы видали и на, к примеру, Canon 6D (и, пожалуй, в еще более выраженной форме, там на ISO200 /и экспонировании «по экспонометру» т.е. вдвое меньшем количестве света/ тени даже чище, чем на ISO100. А для данной камеры – они «примерно такие же».
Вот данные sensorgen.info, действительно на ISO100 шум чтения (см. ниже) у Nikon Df вдвое выше, чем на ISO200.

Таким образом, при одной и той же экспозиции, использование более высоких значений чувствительности дает лучшее отношение сигнал/шум т.е. более чистый снимок.

Объяснение у данного феномена достаточно простое:

Суммарный «шум на снимке» – это смесь шумов из нескольких источников, в частности:
- Фотонного шума (или shot noise) – это свойство самого сигнала (потока фотонов)
- «Шума чтения» (read noise) – шум, возникающий при оцифровке сигнала.
- «Теплового шума» – пропорционального длительности выдержки.
У фотонного шума отношение S/N будет равно корню квадратному из количества попавших на пиксель фотонов (точнее, из количества образовавшихся электронов). При одинаковой экспозиции («произведении» выдержка*диафрагма) – эта составляющая будет одинаковой.
Шум чтения – как правило уменьшается при увеличении значения ISO
Тепловой шум – при одинаковой выдержке будет, опять же, одинаков. Так как мы, в данном примере, управляли экспозицией путем уменьшения выдержки, то при движении по графику слева направо (в сторону укорочения выдержки), тепловая составляющая должна уменьшаться, но при таких выдержках она настолько невелика, что это никак не должно быть заметно (вот оценки теплового шума для Sony A7R-II для этой камеры ростом теплового шума на выдержках до четверти секунды можно смело пренебречь даже на высоких значениях ISO).