[EL] active noise cancellation aka anti-geluid

[Wim Leers]

Zoals velen onder jullie erger ik me dood aan het geluid van mn fans (hoewel het al veel stiller is als vroeger). Nu zou ik graag het geluid ervan quasi onhoorbaar willen maken, en wel met anti-geluid. Er zijn al enkele draadjes over geweest hier in CM & EL, maar geen enkel met concrete resultaten... net dat wat je nodig hebt. Ik ging dus nog eens op zoek op het internet: met termen als noise cancellation kwam ik niet ver: steeds reclame/reviews van headphones met deze techniek.

Na een tijdje zoeken kwam ik op het volgende uit:

Antigeluid is eind jaren tachtig hier en daar toegepast, bijvoorbeeld in hoofdtelefoons voor militaire piloten of in luchtbehandelingsystemen. Inmiddels is de techniek niet meer populair. Het systeem bleek voor veel toepassingen onpraktisch. Waar laat je in een auto, in ramen of in constructiepanelen microfoons en luidsprekers? Bovendien zijn deze losse onderdelen kwetsbaar en wil niemand ze in het zicht hebben.

We proberen nu te voorkomen dat de wanden gaan trillen door een tegentrilling in de wanden op te wekken, die de netto geluidsafstraling zo klein mogelijk maakt. Dat kan door sensoren en actuatoren in de wanden in te bouwen. De sensoren vangen net als microfoons geluid op; de actuatoren brengen net als luidsprekers de wand in trilling. Het verschil met de productie van antigeluid is dat de sensoren en actuatoren plaatjes zijn die in dit geval in de isolerende wand zijn geïntegreerd. Je ziet er dus niets van, ze zijn niet kwetsbaar en ze worden al bij de productie van de wandpanelen ingebouwd.
De sensoren horen wat er met de wand gebeurt: het zijn de vingertoppen van het systeem, die op elke plek van de wand voelen welke trillingen er plaatsvinden. Hun informatie spelen ze door naar de regelelektronica, die het complexe patroon van golven en trillingen in de wand analyseert. Milliseconde na milliseconde berekent de elektronica hoe het patroon verandert. Ook al lijkt de scheepsmotor een constante dreun te produceren, toch vinden er voortdurend subtiele veranderingen plaats. Reflecties aan andere wanden en kleine variaties in de omgevingstemperatuur zijn al van invloed.
Het is niet voldoende als de computer slechts de benodigde tegentrilling berekent. Hoe snel dat ook gaat, ingrijpen is altijd te laat. Daarom moet de computer vooruit rekenen en voorspellen hoe het trillingspatroon er over een milliseconde uitziet. Dat lukt niet voor alle soorten lawaai, maar gelukkig juist wel voor machines als auto- en scheepsmotoren en ventilatoren.

bron: http://www.kennislink.nl/web/show?id=82574

Ik weet niet of het mogelijk is, maar we zouden ook bv. de elektronica uit een noise-cancelling headphone kunnen halen, aangezien die redelijk betaalbaar zijn geworden. (Volgens Froogle al vanaf 3.94 USD :o; dan zouden we gewoon een hoop van die dingen kunnen kopen, om toch een effect te hebben.)

Of gewoon de juiste software gebruiken, maar het enige bedrijf dat zoiets leek te hebben was het deze. Maar het ziet er naar uit dat dat niet al te goedkoop is...

Please comment

[Phuncz]

Bookmark Heb me ook altijd afgevraagd of dit al ooit gedaan was.

Ik herinner me wel dat je een soort van "grijs geluid" krijgt hierdoor. Omdat het niet perfect kan gemeten worden meestal. Dus erg goed afgestelde microfoons en "speakers" zijn van groot belang, tenzij je een ander soort lawaai wil creeëren

[ Voor 70% gewijzigd door Phuncz op 13-08-2005 21:10 ]

[brinkdinges]

Ik dacht dat ik een keer iets had gelezen van een fan met antigeluid ingebouwd. Dat ze het dus al wel voor mekaar hadden gekregen. Ik zal eens kijken of ik die link nog kan vinden.

Edit: Dat zal deze wel geweest zijn. Jammer genoeg is de link in dat artikel dood.

[ Voor 28% gewijzigd door brinkdinges op 13-08-2005 22:03 ]

[Wim Leers]

Uit dit artikel interesseert vooral dit me:

De kosten van het systeem zijn laag, zo'n twintig dollar.

Dat betekent dat, als we de complexiteit maal 5 doen (enkele fans + hdds), we het voor zo'n 80 euro zouden moeten kunnen maken... Komaan, mensen met contacten!

EDIT: ik heb toch nog veel informatie/afgeleides van het artikel gevonden, zelfs een afbeelding van de testopstelling:


Als we er nu al eens achter konden komen wélke chip ze hier gebruikt hebben!

[ Voor 41% gewijzigd door Wim Leers op 13-08-2005 22:27 ]

[Verwijderd]

Zeer mooi idee. Als dit technisch realiseerbaar is en zonder al te hoge kosten zoals uit het artikel blijkt kan die fantastisch veel potentieel hebben. Denk maar aan 80mm fans die tegen 10 000rpm draaien en een enorm debiet maken en schandalig veel lawaai produceren, maar dit wordt toch teniet gedaan!
Welke koelings en overklokmogelijkheden kan dit niet teweeg brengen: desktop computers op een hoger niveau...
Heb reeds van deze techniek gehoord op National Geographic waarbij hiervan gebruik werd gemaakt om een luidspreker te maken die maar hoorbaar is, als hij recht op jou wordt gericht. M.a.w. jijzelf kan de luidspreker horen, maar mensen die een meter van jou vandaan staan horen niets. Er werd toen ook met een laser ofzo gewerkt...
Hoe je dit kan toepassen voor fans weet ik niet direct, maar zo simpel lijkt het me niet, mits dit nogal kleine onderdelen zijn, en ik veronderstel dat je de technologie discreet in je pc aanwezig wil hebben...

[ikman]

je kan ook van die anti geluid apparaten kopen om die op je walkman aantesluit, werkt best goed.
zo iets

[ Voor 28% gewijzigd door ikman op 13-08-2005 22:53 ]

[Wim Leers]

@disco stu: inderdaad Dat had ik (NATUURLIJK ) ook in gedachten


@ikman: (leuke nick trouwens ) dank je, maar daar linkte ik al naar i/d FP. En nog wel naar eentje van minder dan 4 US dollar

[Phuncz]

Ik zou het eerder doen voor mijn HD's, fans zijn al stil genoeg
Helaas zijn het 4 HD's met elk een ander "lawaai" en ik vraag me dan ook af of dat stiller te krijgen is.

[Wim Leers]

Phuncz schreef op zondag 14 augustus 2005 @ 12:31:
Ik zou het eerder doen voor mijn HD's, fans zijn al stil genoeg
Helaas zijn het 4 HD's met elk een ander "lawaai" en ik vraag me dan ook af of dat stiller te krijgen is.

Het geratel zal waarschijnlijk moeilijk of niet weg te krijgen zijn, maar ik denk dat hun monotome geluiden vrij goed weg te krijgen zijn met deze technologie IMO.

Komaan, hier moet toch iemand zijn met expertise op dit gebied?

[ Voor 6% gewijzigd door Wim Leers op 15-08-2005 16:36 . Reden: typo's :| ]

[Verwijderd]

Ik denk dat anti-geluid uit de mode is geraakt, o.a. vanwege de haalbaarheid. Als je 2 geluidsbronnen hebt (geluid én antigeluid), dan zijn er logischerwijs ook plekken waar ze elkaar juist versterken. Zeker in een afgesloten ruimte (kamer) waarin het geluid heen en weer kaatst tussen de muren. Verder vind ik het gewoon te duur om mijn hele appartementje vol te hangen met mic's en speakers. Om nog maar te zwijgen van de processorkracht dat dat allemaal kost.
De opkomst van extra stille koelingen doet natuurlijk ook wonderen

Ergens doet dit hele thema mij een beetje denken aan onderzeeër-technologie, altijd weer op zoek naar "the next loudest noise". Kunnen we niet er gewoon tevreden mee zijn dat een PC past echt stil is, als hij uit staat? Ergens ben ik juist wel blij dat'ie wat geluid maakt, dan hoor ik ten minste dat hij aan staat.

[Phuncz]

Vragen waarom men iets wil modden/tweaken/whatever'en op tweakers is best kortzichtig. Je doet het omdat je wil, niet omdat het beter is

[oshiro]

Er zit ook een nadeeltje aan antigeluid.

Antigeluid is dus het opheffen van overdruk met onderdruk en andersom.
De onderdruk en overdruk worden op twee verschillende plaatsen opgewekt (geluidsbron en antigeluidsinstallatie)
Afhankelijk van de golflengte en positie van de ontvanger zal het geluid versterkt, dan wel verzwakt worden. Dit komt door het volgende verschijnsel.

De twee bronnen zenden het geluid in een bolvorm uit (in een ideale situatie), je weet wel, kwadratenwet enzo. De ene bron stuurt bijvoorbeeld |_|_|_|_|_ en dit wordt door de andere bron opgeheven met bijvoorbeeld _|_|_|_|_|. Wat je dan krijgt is het volgende;



F34R MY 1337 P41N7 SK1LLZ Jullie zullen het idee vast wel begrijpen.
(ja er moet nog een kleine zwarte cirkel bij de rechter bron en er ontbreekt nog een rode stip boven in het midden maar het is maar ff snel in elkaar geflanst, en in het echt moeten de lijnen die je door de stippen trekt ellipsen zijn in plaats van die picasso-achtige krommen die het nu zijn)

Bij de rode stippen wordt het geluid versterkt, en bij de zwarte stippen wordt het gedempt, dit heeft alles te maken met interferentie.

Tenzij je de geluidsbronnen allebei in exact dezelfde plaats weet neer te zetten gaat je idee niet op.

Er zijn wel koptelefoons met antigeluid geintegreerd, maar of je dat wilt om het geluid van je PC niet meer te horen, ik weet het niet.

[ Voor 5% gewijzigd door oshiro op 15-08-2005 21:43 ]

[Peter]

ik bookmark hem ook even, lijkt me een geweldig idee, als het te realiseren is

[Stacium]

het grootste probleem van anti-geluid is latency van het verwerken van door microfoons opgevangen trillingen. Omdat dit over fans, een periodiek geluid, gaat, valt dat probleem voor een groot deel weg. Je zorgt dan gewoon dat de vertraging een x aantal maal de fase is.

Met interferentie doe je juist je voordeel mee, omdat je de geluidsbronnen redelijk dichtbij naar elkaar richt. Voordat het geluid zich kan verspreiden. Dus niet in de andere kant van je kamer

[Alfa Novanta]

oshiro schreef op maandag 15 augustus 2005 @ 21:42:
Er zit ook een nadeeltje aan antigeluid.

Antigeluid is dus het opheffen van overdruk met onderdruk en andersom.
De onderdruk en overdruk worden op twee verschillende plaatsen opgewekt (geluidsbron en antigeluidsinstallatie)
Afhankelijk van de golflengte en positie van de ontvanger zal het geluid versterkt, dan wel verzwakt worden. Dit komt door het volgende verschijnsel.

De twee bronnen zenden het geluid in een bolvorm uit (in een ideale situatie), je weet wel, kwadratenwet enzo. De ene bron stuurt bijvoorbeeld |_|_|_|_|_ en dit wordt door de andere bron opgeheven met bijvoorbeeld _|_|_|_|_|. Wat je dan krijgt is het volgende;

[afbeelding]

F34R MY 1337 P41N7 SK1LLZ Jullie zullen het idee vast wel begrijpen.
(ja er moet nog een kleine zwarte cirkel bij de rechter bron en er ontbreekt nog een rode stip boven in het midden maar het is maar ff snel in elkaar geflanst, en in het echt moeten de lijnen die je door de stippen trekt ellipsen zijn in plaats van die picasso-achtige krommen die het nu zijn)

Bij de rode stippen wordt het geluid versterkt, en bij de zwarte stippen wordt het gedempt, dit heeft alles te maken met interferentie.

Tenzij je de geluidsbronnen allebei in exact dezelfde plaats weet neer te zetten gaat je idee niet op.

Er zijn wel koptelefoons met antigeluid geintegreerd, maar of je dat wilt om het geluid van je PC niet meer te horen, ik weet het niet.

^ met stom. Zo ver ik weet is het slechts zinvol als je, je op een bepaalde positie bevind. Op alle andere plaatsen heb je gewoon herrie (of meer herrie omdat er nóg een geluidsbron is!)

[Corpse2]

oshiro schreef op maandag 15 augustus 2005 @ 21:42:
Tenzij je de geluidsbronnen allebei in exact dezelfde plaats weet neer te zetten gaat je idee niet op.

en als je nu een kleine speaker monteert in het midden van een fan waar toch al geen airflow is
De fan en de geluidsbron genereren dan concentrische cirkels die dan bij een bepaalde frequentie destructieve interferentie zouden moeten veroorzaken en dit in bijna alle richtingen.

[ Voor 4% gewijzigd door Corpse2 op 16-08-2005 10:48 ]

[Verwijderd]

Wat zou het rendabelste zijn?
1) voor elke geluidsbron in de pc een appart anti-geluid systeempje maken
2) voor het totale geluid geproduceerd door alle onderdelen van de pc samen, 1 anti-geluid systeempje maken

[Phuncz]

1 zal het meest accurate zijn, 2 zal het moeilijkste zijn om simpelweg uitgevoerd te krijgen.

[Alfa Novanta]

Corpse2 schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 10:42:
[...]

en als je nu een kleine speaker monteert in het midden van een fan waar toch al geen airflow is
De fan en de geluidsbron genereren dan concentrische cirkels die dan bij een bepaalde frequentie destructieve interferentie zouden moeten veroorzaken en dit in bijna alle richtingen.

... dat heeft de meeste kans van slagen. Echter een fan maakt niet een mooie sinus maar een brij van geluiden (mechanisch, luchtverplaatsing, trillingen, resonanties) en die moet die speaker dan allemaal precies even hard weergeven terwijl hij ontworpen is voor muziek. Bovendien straalt een speaker vooral naar voren en in mindere mate naar de zijkant. De achterkant van de fan maakt dus nog steeds evenveel herrie. Ook op de achterkant zou je nog zo'n speakertje moeten plaatsen.

Van alle dingen die je zou kunnen bedenken is dit wel een idee met de meeste kans op succes!

[Verwijderd]

Ik vraag me af of het voor computers niet als volgt kan:
1) Hang een microfoon in je kast.
2) Speel het geluid (de herrie) af via je PC luidsprekers.
3) Gebruik een softwareprogramma dat het geluid realtime kan filteren of vertragen (tot het uit fase is).
4) Zoek de stilste instelling.

Het geluid van je ventilator e.d. wordt nu weggefilterd door het antigeluid via je PC-speakers. Tenminste: als je voor je PC zit. Elders in de kamer wordt de herrie waarschijnlijk erger.

Kent iemand een programma'tje dat realtime kan filteren en vertragen? Ik niet.

[Verwijderd]

Tja, maar dan gaat er toch nog een vertraging opzitten hoor. Op het moment dat de fans geluid maken, en dus de geluidsgolven al in de lucht hangen, moet het anti-geluid nog gemaakt worden... en dit is sowieso altijd met een vertraging. Verder is het concept wel goed denk ik, als je ervoor kunt zorgen dat het anti-geluid reeds vooraf (d.m.v voorspelling geproduceert kan worden. Voldoen echter de kwaliteit van geluidskaart en speakers wel?

[-DarkShadow-]

Ik zie nog niks concreets in dit topic. Dat zal ik dan maar doen:
Neem een kleine speaker (1 - 2 cm) en een microfoon. Sluit deze op een stukje analoge elektronica aan zodat de speaker antigeluid uitstuurt. Hiervoor zijn duizenden schemaatjes te vinden op internet. Monteer de speaker dicht bij de fan, bijvoorbeeld in het midden bij de motor. Zet de fan en het systeem aan en plaatst de microfoon dan zo, zodat je het minste geluid hoort. Als je dit een beetje netjes doet valt er wel resultaat te behalen.

Welke problemen zijn met dit systeem opgelost:
1. Delay, de analoge elektronica produceert geen relevant delay.
2. Het probleem dat oshiro aankaart
3. Kosten: enkele euro's

De meeste andere ideeen zijn imo toch gebaseerd op een goede portie fantasie

[ Voor 8% gewijzigd door -DarkShadow- op 16-08-2005 14:24 ]

[henkleerssen]

Delay.. daar valt eigenlijk wel wat aan te doen.
Stel dat een ventilator 5000 rpm maakt. Dan maakt die 5000/60= 83,3 omwentelingen per seconde. Dus om de 1/83,333 = 0,012 seconde maakt de fan een wenteling om zijn as. Dan maakt zo'n fan weer hetzelfde geluid. Met andere woorden als je dus antigeluid (in fase dus) maakt (met cooledit zo gedaan) met een vertraging van die ene ronde (of een veelvoud van die ene ronde), dan ben je er. Maar dat geldt dan alleen voor één fan (in dit voorbeeld voor 5000RPM).
Een opstelling dat je dus geluid opneemt van de pc met diezelfde pc en vervolgens in fase zet en weer afspeelt, met een vertraging zoals boven genoemd, dan ben je al een aardig eind. En dan heb je verder geen fancy apparatuur voor nodig. Het zal zeker wat schelen (het is even uitproberen ook wat betreft die vertraging).

[ Voor 3% gewijzigd door henkleerssen op 16-08-2005 14:37 ]

[-DarkShadow-]

henkleerssen schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 14:36:
Verhaaltje

Dat is heel leuk, maar je gaat er hierbij wel van uit dat een fan iedere omwenteling exact hetzelfde geluid maakt. Is dat zo? Volgens mij niet. Het geluid wordt niet alleen veroorzaakt door de motor, maar ook door resonanties in de fan en kast etc.. Het is een stukje ingewikkelder.

[henkleerssen]

-DarkShadow- schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 14:39:
[...]

Dat is heel leuk, maar je gaat er hierbij wel van uit dat een fan iedere omwenteling exact hetzelfde geluid maakt. Is dat zo? Volgens mij niet. Het geluid wordt niet alleen veroorzaakt door de motor, maar ook door resonanties in de fan en kast etc.. Het is een stukje ingewikkelder.

jip.. mijn verhaal is ook een theoretische en houdt idd geen rekening met resonantie wat betreft delay.. maar het geluid opnemen is gewoon uit te proberen.
Wel het geluid opnemen daar waar je zit (liefst ook nog stereo)

[-DarkShadow-]

henkleerssen schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 14:41:
[...]

jip.. mijn verhaal is ook een theoretische en houdt idd geen rekening met resonantie wat betreft delay.. maar het geluid opnemen is gewoon uit te proberen.
Wel het geluid opnemen daar waar je zit (liefst ook nog stereo)

Bedoel je hetzelfde als bij een noise canceling headphone?

[Voutloos]

henkleerssen schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 14:41:
Wel het geluid opnemen daar waar je zit (liefst ook nog stereo)

Dus dan mik je op weinig lawaai op een exacte zitplek (en dus mogelijk veel lawaai wegens interferentie elders). Maar stereo slaat nergens op. Dan wil je dus een speaker welke anti-geluid maakt zodat je linkeroor niets hoort en een andere speaker welke anti-geluid produceert zodat je rechteroor niets hoort. Die 2 gaan dan ook met elkaar interfereren. Als je op 1 plek stilte (of juist geluid) wil, moet je maar een hoofdtelefoon opzetten.

[GlowMouse]

Zojuist heb ik een leuke demo gevonden die een aantal dingen demonstreert.

[henkleerssen]

Voutloos schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 14:49:
[...]
Dus dan mik je op weinig lawaai op een exacte zitplek (en dus mogelijk veel lawaai wegens interferentie elders). Maar stereo slaat nergens op. Dan wil je dus een speaker welke anti-geluid maakt zodat je linkeroor niets hoort en een andere speaker welke anti-geluid produceert zodat je rechteroor niets hoort. Die 2 gaan dan ook met elkaar interfereren. Als je op 1 plek stilte (of juist geluid) wil, moet je maar een hoofdtelefoon opzetten.

kwestie van proberen ja.. maar het zou het best kunnen werk idd met een koptelefoon.

[Voutloos]

Met een koptelefoon werkt het dus al.

[Pietjuh]

Dat antigeluid kun je erg gaaf in actie zien / horen als je een auto hebt, en de speakers in tegenfase zet. Ik zag mijn speakers flink uitwijken maar hoorde bijna geen bas. Even omgedraaid en knallen . Maar helaas ben je dan nog steeds een beetje plaatsafhankelijk, zoals in de paint tekening op pagina 1.

[kluyze]

Corpse2 schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 10:42:
[...]

en als je nu een kleine speaker monteert in het midden van een fan waar toch al geen airflow is
De fan en de geluidsbron genereren dan concentrische cirkels die dan bij een bepaalde frequentie destructieve interferentie zouden moeten veroorzaken en dit in bijna alle richtingen.

Dit idee is al een paar keer aangehaald, maar ik zie hier redelijk wat problemen mee. Namelijk hoe ga je dit aansturen? een luidspreker die tegen 5000-10000rpm rond draait, waar haalt die zijn signaal?

En waar ga je dan je micro plaatsen? Als je een antigeluid produceerd in je pc zodat het stil is dan hoort je micro ook niets meer, en dan geeft je luidspreker ook geen juist antigeluid meer weer. Tenzij je het geluid eerst gaat samplen, maar dan mag het geluid ook niet meer veranderen.

Meestal word het in een koptelefoon toegepast en dan is de micro uitwendig, de micro mag dus niet in de ruimte zijn waar het stil moet worden gemaakt.

[ Voor 8% gewijzigd door kluyze op 16-08-2005 23:36 ]

[Verwijderd]

[b]kluyze schreef op dinsdag 16 augustus 2005 @ 23:34:
En waar ga je dan je micro plaatsen? Als je een antigeluid produceerd in je pc zodat het stil is dan hoort je micro ook niets meer, en dan geeft je luidspreker ook geen juist antigeluid meer weer. Tenzij je het geluid eerst gaat samplen, maar dan mag het geluid ook niet meer veranderen.
.

Dit is gewoon een feed-back systeem:
door anti-geluid is er stilte -> micro 'hoort' niks -> omdat micro niets meer hoort gaat er ook geen anti-geluid meer worden gemaakt -> geluid van fans komt geleidelijk aan terug -> van het minste dat er terug geluid komt vangt de micro dit op -> anti-geluid wordt weer gemaakt -> weer stilte -> micro 'hoort' niks -> omdat micro niets meer hoort gaat er ook geen anti-geluid meer worden gemaakt -> ...
Het komt er dus op neer dat dit altijd gaat werken.