Một thí nghiệm gần đây nhằm khử tiếng ồn quạt bằng công nghệ điều khiển tiếng ồn chủ động đã gây ra cuộc thảo luận thú vị về những hạn chế cơ bản của vật lý sóng âm. Mặc dù ý tưởng có vẻ đơn giản - chỉ cần phát một sóng âm ngược lại để triệt tiêu tiếng ồn - thực tế phức tạp hơn nhiều so với vẻ ngoài.
Nỗ lực ban đầu bao gồm việc xác định tần số chủ đạo của quạt ở 312Hz và cố gắng triệt tiêu nó bằng loa Bluetooth phát cùng tần số nhưng ngược pha. Tuy nhiên, cách tiếp cận này đã thất bại, dẫn đến những hiểu biết có giá trị từ cộng đồng công nghệ về lý do tại sao những phương pháp như vậy không hoạt động trong thực tế.
Thông số kỹ thuật quạt từ thí nghiệm
- Model: Quạt hộp Lasko 20 inch
- Tần số chủ đạo: 312Hz
- Giá bán lẻ: ~20 USD
- Vấn đề: Hoạt động ồn ào ở mức tốc độ tối đa
Vấn Đề Giao Thoa Sóng
Thách thức lớn nhất nằm ở cách sóng âm hoạt động trong không gian ba chiều. Không giống như môi trường được kiểm soát bên trong tai nghe khử tiếng ồn, âm học phòng tạo ra một mô hình giao thoa phức tạp. Khi hai nguồn âm phát cùng tần số từ các vị trí khác nhau, chúng tạo ra những khu vực mà sóng triệt tiêu lẫn nhau và những khu vực khác mà chúng thực sự khuếch đại lẫn nhau.
Điều này xảy ra vì khoảng cách giữa tai bạn và mỗi nguồn âm ảnh hưởng đến thời gian sóng đến tai bạn. Hãy nghĩ về việc ném hai viên đá vào ao - những gợn sóng tương tác khác nhau tại các điểm khác nhau trên mặt nước. Bạn không thể làm cho toàn bộ ao yên lặng bằng cách ném viên đá thứ hai từ một điểm khác.
Giao thoa sóng: Khi hai hoặc nhiều sóng âm gặp nhau, chúng có thể triệt tiêu lẫn nhau (giao thoa triệt tiêu) hoặc kết hợp để trở nên to hơn (giao thoa tăng cường)
Vượt Ra Ngoài Việc Khớp Tần Số Đơn Giản
Ngay cả khi có thể giải quyết được vấn đề định vị, quạt tạo ra nhiều thứ hơn chỉ một âm điệu duy nhất. Tần số 312Hz chỉ đại diện cho tần số cơ bản, nhưng quạt cũng tạo ra nhiều họa âm - những bội số tần số cao hơn của âm cơ bản đó. Việc triệt tiêu những âm này đòi hỏi thời gian ngày càng chính xác, và ngay cả những sai số nhỏ cũng trở nên dễ nhận thấy hơn ở tần số cao hơn.
Ngoài ra, quạt tạo ra tiếng ồn băng rộng đáng kể từ sự nhiễu loạn không khí, xuất hiện dưới dạng âm thanh xào xạc trên nhiều tần số cùng lúc. Tiếng ồn bất thường, lộn xộn này không thể được dự đoán hoặc triệt tiêu bằng các kỹ thuật khớp tần số đơn giản.
Tần số cơ bản của quạt không hoàn toàn ổn định, vì vậy ngay cả khi bạn ở trong một vị trí mà âm của loa triệt tiêu với nó, quạt có thể sẽ dao động xung quanh tần số đó đủ để việc triệt tiêu không hoạt động tốt.
Thách thức trong việc khử tiếng ồn
- Nhiễu không gian: Các vùng khử/khuếch đại khác nhau trong toàn bộ phòng
- Độ phức tạp tần số: Nhiều sóng hài vượt quá tần số cơ bản 312Hz
- Vấn đề ổn định: Tần số quạt thay đổi trong quá trình hoạt động
- Tiếng ồn băng rộng: Luồng khí rối tạo ra âm thanh "xào xạc" không thể khử được
Tại Sao Tai Nghe Hoạt Động Khác Biệt
Tai nghe khử tiếng ồn thành công vì chúng hoạt động trong môi trường được kiểm soát, một chiều. Khoảng cách giữa nguồn tiếng ồn bên ngoài, loa triệt tiêu của tai nghe và màng nhĩ của bạn vẫn không đổi. Mối quan hệ cố định này cho phép tai nghe dự đoán và triệt tiêu đáng tin cậy các sóng âm đến tại vị trí tai bạn.
Tai nghe về cơ bản giảm vấn đề từ ba chiều xuống một điểm duy nhất - màng nhĩ của bạn - nơi chúng có thể duy trì mối quan hệ pha chính xác cần thiết cho việc triệt tiêu hiệu quả.
Các Giải Pháp Thay Thế Đã Thảo Luận
- Vị trí đặt quạt: Đặt cách cửa sổ 2 feet trở lên để tận dụng hiệu ứng Bernoulli
- Cải tiến vật lý: Chà nhám các cạnh cánh quạt thô ráp để giảm nhiễu động
- Tùy chọn nâng cấp: Quạt công nghiệp đường kính lớn hơn, tốc độ RPM chậm hơn
- Cải tiến tự làm: Quạt case PC (230mm) với bộ điều khiển tốc độ cho việc sử dụng trên bàn
Các Giải Pháp Thay Thế Thực Tế
Thay vì cố gắng điều khiển tiếng ồn chủ động phức tạp, một số giải pháp đơn giản hơn đã xuất hiện từ cuộc thảo luận. Việc lựa chọn quạt tốt hơn tạo ra sự khác biệt lớn nhất - quạt chất lượng cao hơn với nhiều cánh hơn, đường kính lớn hơn và tốc độ quay chậm hơn thường tạo ra ít tiếng ồn hơn trong khi di chuyển cùng lượng không khí.
Các thay đổi vật lý cũng có thể giúp ích. Một số người dùng báo cáo thành công khi chà nhám các cạnh thô trên cánh quạt rẻ tiền, thường góp phần vào tiếng ồn nhiễu loạn. Những người khác đề xuất sử dụng quạt lớn hơn, quay chậm hơn hoặc di chuyển quạt xa cửa sổ hơn để tận dụng hiệu ứng Bernoulli cho lưu thông không khí tốt hơn.
Đối với những người nghiêm túc về chuyển động không khí yên tĩnh, quạt HVAC cấp công nghiệp hoặc quạt trần cao cấp đại diện cho giải pháp dài hạn hiệu quả nhất, mặc dù với chi phí cao hơn đáng kể so với quạt hộp cơ bản.
Thí nghiệm làm nổi bật một bài học quan trọng về khoảng cách giữa vật lý lý thuyết và kỹ thuật thực tế. Trong khi điều khiển tiếng ồn chủ động hoạt động xuất sắc trong những hoàn cảnh phù hợp, âm học phức tạp của môi trường phòng đưa ra những thách thức mà các giải pháp đơn giản không thể vượt qua.
Tham khảo: Noise Cancelling a Fan