การทดลองล่าสุดในการตัดเสียงรบกวนจากพัดลมโดยใช้ระบบควบคุมเสียงแบบแอคทีฟได้จุดประกายการอภิปรายที่น่าสนใจเกี่ยวกับข้อจำกัดพื้นฐานของฟิสิกส์คลื่นเสียง แม้ว่าแนวคิดนี้จะดูง่าย - เพียงแค่เล่นคลื่นเสียงตรงข้ามเพื่อตัดเสียงรบกวน - แต่ความเป็นจริงนั้นซับซ้อนกว่าที่ดูมาก
ความพยายามครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการระบุความถี่หลักของพัดลมที่ 312Hz และพยายามตัดเสียงโดยใช้ลำโพง Bluetooth เล่นความถี่เดียวกันในเฟสตรงข้าม อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ล้มเหลว ทำให้เกิดข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าจากชุมชนเทคโนโลยีเกี่ยวกับเหตุผลที่วิธีการดังกล่าวไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ
ข้อมูลจำเพาะของพัดลมจากการทดลอง
- รุ่น: พัดลมกล่อง Lasko ขนาด 20 นิ้ว
- ความถี่หลัก: 312Hz
- ราคาขายปลีก: ประมาณ $20 USD
- ปัญหา: เสียงดังเมื่อใช้งานที่ความเร็วสูงสุด
ปัญหาการรบกวนของคลื่น
ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดอยู่ที่วิธีการที่คลื่นเสียงทำงานในพื้นที่สามมิติ ต่างจากสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ภายในหูฟังตัดเสียงรบกวน อะคูสติกของห้องสร้างรูปแบบการรบกวนที่ซับซ้อน เมื่อแหล่งเสียงสองแหล่งเล่นความถี่เดียวกันจากตำแหน่งที่แตกต่างกัน พวกมันจะสร้างพื้นที่ที่คลื่นตัดกันและพื้นที่อื่นที่คลื่นขยายกันจริงๆ
สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะระยะห่างระหว่างหูของคุณและแหล่งเสียงแต่ละแหล่งส่งผลต่อเวลาที่คลื่นมาถึงคุณ ลองนึกภาพการโยนก้อนหินสองก้อนลงในบ่อน้ำ - คลื่นน้ำจะมีปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันในจุดต่างๆ บนผิวน้ำ คุณไม่สามารถทำให้บ่อน้ำทั้งหมดสงบได้โดยการโยนก้อนหินก้อนที่สองจากจุดอื่น
การรบกวนของคลื่น: เมื่อคลื่นเสียงสองคลื่นหรือมากกว่ามาพบกัน พวกมันสามารถตัดกันได้ (การรบกวนแบบทำลาย) หรือรวมกันเพื่อให้เสียงดังขึ้น (การรบกวนแบบสร้างสรรค์)
เกินกว่าการจับคู่ความถี่อย่างง่าย
แม้ว่าปัญหาการวางตำแหน่งจะแก้ได้ พัดลมก็ยังผลิตมากกว่าเสียงโทนเดียว ความถี่ 312Hz แสดงถึงเพียงความถี่พื้นฐาน แต่พัดลมยังสร้างฮาร์โมนิกหลายตัว - ความถี่สูงที่เป็นผลคูณของโทนพื้นฐานนั้น การตัดเสียงเหล่านี้ต้องการความแม่นยำในเวลาที่เพิ่มขึ้น และแม้แต่ข้อผิดพลาดเล็กน้อยก็จะเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นที่ความถี่สูง
นอกจากนี้ พัดลมยังสร้างเสียงรบกวนแบบบรอดแบนด์ที่สำคัญจากความปั่นป่วนของอากาศ ซึ่งปรากฏเป็นเสียงหวือข้ามหลายความถี่พร้อมกัน เสียงรบกวนที่ไม่สม่ำเสมอและยุ่งเหยิงนี้ไม่สามารถทำนายหรือตัดได้โดยใช้เทคนิคการจับคู่ความถี่อย่างง่าย
ความถี่พื้นฐานของพัดลมไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นแม้ว่าคุณจะอยู่ในจุดที่โทนของลำโพงตัดกับพัดลม พัดลมก็อาจจะเปลี่ยนไปมารอบความถี่นั้นมากพอที่การตัดเสียงจะไม่ทำงานได้ดี
ความท้าทายในการตัดเสียงรบกวน
- การรบกวนเชิงพื้นที่: โซนการตัดเสียงและการขยายเสียงที่แตกต่างกันทั่วห้อง
- ความซับซ้อนของความถี่: ฮาร์โมนิกส์หลายตัวนอกเหนือจากความถี่พื้นฐาน 312Hz
- ปัญหาความเสถียร: ความถี่ของพัดลมเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน
- เสียงรบกวนแบบ broadband: การปั่นป่วนของอากาศสร้างเสียง "หวือ" ที่ไม่สามารถตัดได้
ทำไมหูฟังถึงทำงานแตกต่าง
หูฟังตัดเสียงรบกวนประสบความสำเร็จเพราะพวกมันทำงานในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้และเป็นมิติเดียว ระยะห่างระหว่างแหล่งเสียงรบกวนภายนอก ลำโพงตัดเสียงของหูฟัง และแก้วหูของคุณยังคงคงที่ ความสัมพันธ์ที่คงที่นี้ช่วยให้หูฟังสามารถทำนายและตัดคลื่นเสียงที่เข้ามาได้อย่างเชื่อถือได้ที่ตำแหน่งหูของคุณ
หูฟังลดปัญหาจากสามมิติลงเหลือจุดเดียว - แก้วหูของคุณ - ที่พวกมันสามารถรักษาความสัมพันธ์เฟสที่แม่นยำที่จำเป็นสำหรับการตัดเสียงที่มีประสิทธิภาพ
ทางเลือกอื่นที่หารือกัน
- การจัดตำแหน่งพัดลม: วางห่างจากหน้าต่าง 2 ฟุตขึ้นไป เพื่อใช้ประโยชน์จากหลักการ Bernoulli
- การปรับแต่งทางกายภาพ: ขัดผิวใบพัดลมที่ขรุขระให้เรียบ เพื่อลดการเกิดกระแสลมปั่นป่วน
- ตัวเลือกการอัปเกรด: พัดลมอุตสาหกรรมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ความเร็วรอบต่ำกว่า
- การปรับปรุงแบบ DIY: พัดลมเคส PC (230mm) พร้อมตัวควบคุมความเร็วสำหรับใช้บนโต๊ะทำงาน
ทางเลือกในทางปฏิบัติ
แทนที่จะพยายามใช้ระบบควบคุมเสียงแบบแอคทีฟที่ซับซ้อน โซลูชันที่ง่ายกว่าหลายอย่างได้เกิดขึ้นจากการอภิปราย การเลือกพัดลมที่ดีกว่าสร้างความแตกต่างมากที่สุด - พัดลมคุณภาพสูงที่มีใบพัดมากกว่า เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า และความเร็วรอบต่ำกว่ามักผลิตเสียงรบกวนน้อยกว่าในขณะที่เคลื่อนย้ายอากาศปริมาณเท่ากัน
การปรับเปลี่ยนทางกายภาพก็ช่วยได้เช่นกัน ผู้ใช้บางคนรายงานความสำเร็จจากการขัดขอบหยาบบนใบพัดราคาถูก ซึ่งมักมีส่วนทำให้เกิดเสียงรบกวนจากความปั่นป่วน คนอื่นแนะนำให้ใช้พัดลมที่ใหญ่กว่าและหมุนช้ากว่า หรือย้ายพัดลมให้ห่างจากหน้าต่างเพื่อใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ Bernoulli สำหรับการไหลเวียนอากาศที่ดีกว่า
สำหรับผู้ที่จริงจังเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายอากาศแบบเงียบ พัดลม HVAC ระดับอุตสาหกรรมหรือพัดลมเพดานระดับไฮเอนด์เป็นโซลูชันระยะยาวที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด แม้ว่าจะมีต้นทุนสูงกว่าพัดลมกล่องพื้นฐานอย่างมาก
การทดลองนี้เน้นบทเรียนสำคัญเกี่ยวกับช่องว่างระหว่างฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ ในขณะที่การควบคุมเสียงแบบแอคทีฟทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในสถานการณ์ที่เหมาะสม อะคูสติกที่ซับซ้อนของสภาพแวดล้อมห้องนำเสนอความท้าทายที่โซลูชันง่ายๆ ไม่สามารถเอาชนะได้
อ้างอิง: Noise Cancelling a Fan