בקרת רעשים פעילה

בקרת רעשים פעילה (ANC), הידועה גם בשם ביטול רעשים (NC), או הפחתת רעש פעילה (ANR), היא שיטה להפחתת צליל לא רצוי על ידי הוספת צליל אחר שתוכנן במיוחד על מנת לבטל את הראשון. הרעיון פותח לראשונה בסוף שנות ה-30; עבודת פיתוח נוספת שהחלה בשנות ה-50 הביאה בסופו של דבר לאוזניות של חברות תעופה מסחריות עם הטכנולוגיה שהפכה לזמינה בסוף שנות ה-80. הטכנולוגיה משמשת גם בכלי רכב, טלפונים ניידים, ואוזניות.

תאוריה 
בקרת רעשים פעילה מודרנית מושגת בדרך כלל באמצעות שימוש במעגלים אנלוגיים או עיבוד אותות דיגיטלי. אלגוריתמים מסתגלים נועדו לנתח את צורת הגל של רעש הרקע, ולאחר מכן על סמך האלגוריתם הספציפי מייצרים אות שיבצע הזזה פאזית או יהפוך את הקוטביות של האות המקורי. האות ההפוך הזה (באנטי-פאזה) מוגבר ומתמר, וכך יוצר גל קול פרופורציונלי ישירות למשרעת של צורת הגל המקורית, ויוצר הפרעות הרסניות. כך מופחתת ביעילות עוצמת הרעש הנתפסת.

רמקול לביטול רעשים עשוי להיות ממוקם יחד עם מקור הקול שיש להחליש. במקרה כזה לצליל המבטל חייבת להיות אותה רמת עוצמת שמע כמו מקור הצליל הלא רצוי על מנת לבטל את הרעש. לחלופין, המתמר הפולט את אות הביטול עשוי להיות ממוקם במיקום שבו רצויה ההנחתה הקולית (למשל אוזניה באוזנו של המשתמש). מיקום כזה דורש רמת הספק נמוכה בהרבה לביטול אך יעיל רק עבור משתמש בודד. ביטול רעשים במקומות אחרים קשה יותר מכיוון שחזיתות הגלים התלת־ממדיות של הצליל הלא רצוי ואות הביטול עלולים להתאים וליצור אזורים מתחלפים של הפרעות בונה והרסנית, להפחית את הרעש במקומות מסוימים תוך הכפלת הרעש במקומות אחרים. בחללים סגורים קטנים (למשל תא הנוסעים של מכונית) ניתן להשיג הפחתת רעש גלובלית באמצעות מספר רמקולים ומיקרופוני משוב, ומדידה של התגובות המודאליות של המארז.

יישומים 
יישומי הפחתת רעש יכולים להיות "חד ממדיים" או תלת-ממדיים, תלוי בסוג האזור שיש להגן עליו. צלילים מחזוריים, אפילו כאלה מורכבים, קלים יותר לביטול מאשר צלילים אקראיים, בזכות החזרתיות בצורת הגל.

הגנה על "אזור חד־ממדי" קלה יותר ודורשת רק מיקרופון אחד או שניים ורמקולים כדי להיות יעילה. מספר יישומים מסחריים כאלו שזכו להצלחה: אוזניות מבטלות רעשים, משתיקי קול פעילים, מכשירים נגד נחירות, חילוץ ערוץ השמע הווקאלי או הערוץ המרכזי עבור קריוקי מתוך מוזיקה, ובקרת רעשים בתעלות מיזוג אוויר. המונח "ממד אחד" מתייחס ליחס בוכנה פשוט בין הרעש לרמקול מבטל הרעש (הפחתת רעש מכני, לדוגמה משתיק קול) או בין הרמקול למאזין (לדוגמה אוזניות).

ביטול רעש בחלל תלת-ממדי דורשת מיקרופונים ורמקולים רבים, מה שהופך אותו ליקר יותר. קל יותר לבטל רעש כאשר יש מאזין בודד נייח, אך כאשר ישנם מספר מאזינים או אם המאזין היחיד מסובב את ראשו או נע ברחבי החלל האתגר קשה יותר. קשה להפחית גלים בתדר גבוה בחלל תלת־ממדי בגלל אורך הגל הקצר יחסית שלהם באוויר. אורך הגל באוויר של רעש סינוסואידי של 800 הרץ בקירוב הוא כפול מהמרחק של אוזן שמאל של אדם ממוצע לאוזן ימין; רעש כזה שמגיע ישירות מלפנים יופחת בקלות על ידי מערכת ביטול פעיל, אך רעש המגיע מהצד ינטה לביטול באוזן אחת תוך כדי חיזוק בשנייה, מה שיגרום לרעש להיות חזק יותר, לא רך יותר. צלילים בתדר גבוה מעל 1000 הרץ נוטים לבטל ולהתחזק באופן בלתי צפוי מכיוונים רבים. לסיכום, הפחתת הרעש האפקטיבית ביותר בחלל תלת־ממדי כרוכה בצלילים בתדר נמוך. יישומים מסחריים של הפחתת רעש תלת־ממדית כוללים הגנה על תאי מטוסים וחללי מכוניות, אך במצבים אלו, ההגנה מוגבלת בעיקר לביטול רעשים חוזרים (או מחזוריים) כגון רעש מנוע, מדחף או רוטור. הסיבה לכך היא שהאופי המחזורי של המנוע הופך את ניתוח וביטול הרעשים שלו לקלים יותר ליישום.

במקרים מסוימים, ניתן להשתמש בבקרת רטט פעילה כדי להפחית רעש לא רצוי הנוצר מרטט של מבנה. גישה זו מתאימה כאשר רטט של מבנה מייצר רעש לא רצוי על ידי זיקה של הרטט לאוויר או למים שסביבו.

בקרת רעשים פעילה לעומת פסיבית 
בקרת רעש היא אמצעי פעיל או פסיבי להפחתת פליטת קול, לעיתים קרובות לצורך נוחות אישית, שיקולים סביבתיים או ציות לחוק. בקרת רעש פעילה היא הפחתת קול באמצעות מקור אנרגיה. בקרת רעש פסיבית היא הפחתת קול על ידי חומרים מבודדי רעש כגון בידוד, אריחים בולמי קול, או משתיק קול, ולא באמצעות מקור אנרגיה.

ביטול רעשים פעיל מתאים במיוחד לתדרים נמוכים. לסאונד בתדר גבוה יותר יש אורך גל קצר יותר, וביטול צליל כזה דורש מהמכשיר המבטל להיות קרוב יותר לעור התוף של המשתמש; בתדרים גבוהים מאוד, דרישות המרווח הופכות ללא מעשיות. בנוסף, במערכות המבוססות על חללים אקוסטיים, מספר הצמתים  גדל במהירות עם העלייה בתדר, מה שהופך במהירות טכניקות בקרת רעש פעילות לבלתי ניתנות לניהול. לכן בתדרים גבוהים ביטול רעשים פסיבי יעיל יותר מאשר ביטול פעיל, ולעיתים אף מספק מענה הולם ללא צורך בביטול פעיל.

היסטוריה 

הפטנט הראשון למערכת בקרת רעש -  - הוענק לממציא פול לואג ב-1936. הפטנט תיאר כיצד לבטל צלילים סינוסואידים בתעלות על ידי התקדמות פאזה של הגל וביטול צלילים שרירותיים באזור סביב הרמקול על ידי היפוך הקוטביות.בשנות ה-50 לורנס ג'יי פוגל רשם פטנט על מערכות לביטול הרעש בתא הטייס של מסוקים ומטוסים. בשנת 1957 פיתח וילארד מיקר מודל עבודה של בקרת רעש פעילה המופעלת על ידי כיסוי אוזניים. לאוזניות אלו היה רוחב פס הנחתה פעיל של כ-50–500 הרץ, עם הנחתה מקסימלית של כ-20 dB. בסוף שנות ה-80 נכנסו לשוק אוזניות הפחתת הרעש הפעילות המסחריות הראשונות. הן הופעלו באמצעות סוללות NiCad או ישירות ממערכת החשמל של המטוס.

ראו גם
 קוהרנטיות (פיזיקה)
 אוזניות מבטלות רעשים

קישורים חיצוניים 

 BYU physicists quiet fans in computers, office equipment
 Christopher E. Ruckman's ANC FAQ (This page was created in 1994 and maintained until approximately 2010, but is no longer active.)

הערות שוליים