Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое противофаза в двигателе

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Сегодня системы активного шумоподавления — не такая уж и экзотика: их устанавливают в автомобилях и самолетах, встраивают в наушники и даже тестируют в помещениях. Между изобретением технологии и началом ее использования прошли десятки лет, а оригинальному автору идеи ее настойчивое продвижение и вовсе стоило научной карьеры. N + 1 рассказывает, как и зачем люди учились глушить шум шумом, каковы преимущества и недостатки таких систем, и что стало с немецким физиком Полом Люгом после того, как он все-таки получил патент на свое изобретение в США.

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становится сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые по некой среде (будь то воздух, вода или даже твердое тело) добегают до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Читать еще:  Двигатель внутреннего сгарания принцип работы

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься

Marc Rodriguez / giphy.com

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители)

Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Фаза колебания — гармоническое колебание φ .

Величину φ , входящую в аргумент функций косинуса или синуса, называют фазой колебаний описываемой этой функцией:

φ = ω t .

Как правило, о фазе говорят применительно к гармоническим колебаниям или монохроматическим волнам. При описании величины, испытывающей гармонические колебания, используется, например, одно из выражений:

A cos ⁡ ( ω t + φ 0 ) , ),> A sin ⁡ ( ω t + φ 0 ) , ),> A e i ( ω t + φ 0 ) . )>.>

Аналогично, при описании волны, распространяющейся в одномерном пространстве, например, используются выражения вида:

A cos ⁡ ( k x − ω t + φ 0 ) , ),> A sin ⁡ ( k x − ω t + φ 0 ) , ),> A e i ( k x − ω t + φ 0 ) , )>,>

Читать еще:  Что такое двс контрактный двигатель

для волны в пространстве любой размерности (например, в трехмерном пространстве):

A cos ⁡ ( k → ⋅ r → − ω t + φ 0 ) , >cdot >-omega t+varphi _<0>),> A sin ⁡ ( k → ⋅ r → − ω t + φ 0 ) , >cdot >-omega t+varphi _<0>),> A e i ( k → ⋅ r → − ω t + φ 0 ) . >cdot >-omega t+varphi _<0>)>.>

Фаза колебаний (полная) в этих выражениях — аргумент функции, то есть выражение, записанное в скобках; фаза колебаний начальная — величина φ 0 , ,> являющаяся одним из слагаемых полной фазы. Говоря о полной фазе, слово полная часто опускают.

Колебания с одинаковыми амплитудами и частотами могут различаться фазами. Так как:

ω = 2 π / T , то φ = ω t = 2 π t / T .

Отношение t / T указывает, сколько периодов прошло от момента начала колебаний. Любому значению времени t , выраженному в числе периодов T , соответствует значение фазы φ , выраженное в радианах. Так, по прошествии времени t = T / 4 (четверти периода) фаза будет φ = π / 2 , по прошествии половины периода — φ = π , по прошествии целого периода φ = 2 π и т. д.

Поскольку функции синус и косинус совпадают друг с другом при сдвиге аргумента (то есть фазы) на π / 2 , то во избежание путаницы лучше пользоваться для определения фазы только одной из этих двух функций, а не той и другой одновременно. По обычному соглашению фазой считают аргумент косинуса, а не синуса [2] [3] .

То есть, для колебательного процесса (см. выше) фаза (полная):

φ = ω t + φ 0 , ,>

для волны в одномерном пространстве:

φ = k x − ω t + φ 0 , ,>

для волны в трехмерном пространстве или пространстве любой другой размерности:

Читать еще:  Что такое дезаксаж двигателя

φ = k → ⋅ r → − ω t + φ 0 >cdot >-omega t+varphi _<0>> , где ω — угловая частота (величина, показывающая, на сколько радиан или градусов изменится фаза за 1 с; чем величина выше, тем быстрее растет фаза с течением времени); t — время; φ 0 > — начальная фаза (то есть фаза при t = 0 ) ; k — волновое число; x — координата точки наблюдения волнового процесса в одномерном пространстве; k → >> — волновой вектор; r → >> — радиус-вектор точки в пространстве (набор координат, например, декартовых).

В приведенных выше выражениях фаза имеет размерность угловых единиц (радианы, градусы). Фазу колебательного процесса по аналогии с механическим вращательным также выражают в циклах, то есть долях периода повторяющегося процесса:

1 цикл = 2 π радиан = 360 угловых градусов.

В аналитических выражениях (в формулах) преимущественно (и по умолчанию) используется представление фазы в радианах, представление в градусах также встречается достаточно часто (по-видимому, как предельно явное и не приводящее к путанице, поскольку знак градуса не принято никогда опускать ни в устной речи, ни в записях). Указание фазы в циклах или периодах (за исключением словесных формулировок) в технике сравнительно редко.

Иногда (в квазиклассическом приближении, где используются квазимонохроматические волны, то есть близкие к монохроматическим, но не строго монохроматические, а также в формализме интеграла по траекториям, где волны могут быть и далекими от монохроматических, хотя всё же подобны монохроматическим) рассматривается фаза, являющаяся нелинейной функцией времени t и пространственных координат r → , >,> в принципе — произвольная функция [4] :

φ = φ ( r → , t ) . >,t).>

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector