2019 yılının sonunda başlayan pandemi ile birlikte birçok insan, uzun süreler boyunca evinde kalmaya zorlandı. Bazı meslek gruplarının uzaktan çalışmak durumunda kalması ve öğrencilerin uzaktan eğitime geçmesi de belirli cihazların kullanım oranlarının artmasına neden oldu. Kulaklık, bu cihazların başında gelmektedir. Günümüzde ortam gürültüsünü büyük oranda engelleme özelliğine sahip kulaklıklar bulunmaktadır. Ancak gürültü engelleme teknolojisi kulaklıklarla sınırlı değildir. Bu yazımızda, kulaklıklar başta olmak üzere birçok cihazda kullanılan aktif gürültü engelleme teknolojisini inceleyeceğiz.
İçindekiler
Gürültü Engelleme Teknolojisi Nedir?
Gürültü engelleme teknolojisi, ortamdan kaynaklanan istenmeyen sesleri engelleme işlevi gören cihaz ve sistemleri içermektedir. Pasif ve aktif olmak üzere ikiye ayrılmaktadır:
Pasif Gürültü Engelleme
Pasif gürültü engellemeye sahip cihazlar, akustik yapısına ve üretiminde kullanılan malzemelere bağlı olarak gürültü engelleme gerçekleştirir. Gürültü engelleme için herhangi bir elektronik eleman ya da devre kullanılmaz. Pasif gürültü engelleme genellikle, 1 kHz ve üstü frekansları engellemede işlev görür.
Aktif Gürültü Engelleme
Aktif gürültü engellemeye sahip cihazlarda gürültü engellemenin gerçekleştirilmesi için, elektro – akustik ya da elektromekanik elemanlar kullanılmaktadır. Sistemin temel amacı, ortamdan gelen istenmeyen ses dalgalarını algılamak ve bir hoparlör yardımıyla iptal edici ses dalgaları üretmektir.
Aktif Gürültü Engelleme Nasıl Çalışır?
Aktif gürültü engelleme sistemleri, süperpozisyon (toplamsallık) ilkesini esas alarak çalışmaktadır. Süperpozisyon ilkesi, doğrusal sistemlerde bir veya daha fazla uyarıcı tarafından oluşturulan net tepki olarak tanımlanmaktadır.
Süperpozisyon ilkesi kullanılarak gürültü engellemenin yapılabilmesi için, ortam ses dalgası ile iptal edici ses dalgasının aynı genlikte olması, ancak iptal edici ses dalgasının ters fazda bulunması gerekmektedir. Bir diğer deyişle, ortam ses dalgası ile iptal edici ses dalgası arasında 180 derecelik bir faz farkı bulunmalıdır. Ortam ses dalgası, bir mikrofon aracılığıyla algılanır. Sistemde bulunan analog devreler veya sinyal işleme devreleri, algılanan ses dalgasını işler ve iptal edici ses dalgasını üretir. Üretilen sönümleyici sinyal, bir hoparlör yardımı ile iletilir ve ortamdan gelen gürültü engellenir.
Aktif gürültü engelleme teknolojileri başlıca ikiye ayrılmaktadır:
Geri Beslemeli Aktif Gürültü Engelleme
Geri beslemeli sistemlerde ortam gürültüsü hata mikrofonu aracılığı ile algılanır. Algılanan e(n) hata sinyali kontrolöre iletilir. Kontrolör, hata sinyali ile aynı genlikte ancak ters fazda olan y(n) sinyalini üretir. Üretilen y(n) sinyali, hoparlöre gönderilerek gürültünün sönümlenmesi sağlanır. Geri beslemeli sistem, dar bir frekans aralığında sınırlı bir engelleme sağlamaktadır. Ayrıca, yüksek frekanslı geri besleme durumunda dengesizlik meydana gelebilir.
İleri Beslemeli Aktif Gürültü Engelleme
Aşağıdaki şekilde de görülebileceği gibi, ileri beslemeli sistemde iki mikrofon bulunmaktadır. Ses kaynağına yakın bir bölgede bulunan giriş mikrofonundan alınan x(n) referans sinyali, kontrolöre gönderilir. Kontrolör, referans sinyalle aynı genlikte ancak ters fazda olan y(n) sinyalini üretir. Üretilen y(n) sinyali, hoparlöre gönderilerek gürültünün sönümlenmesi sağlanır. Sistemin çıkış kısmında bulunan hata mikrofonu ise, hoparlörden gönderilen ses dalgalarını kontrolöre iletir ve olası hataların düzeltilmesini sağlar.
Kulaklıklarda Gürültü Engelleme
Kulaklıkların ileri beslemeli ya da geri beslemeli olarak dizayn edilmesi bazı farklılıklara neden olmaktadır. İleri beslemeli sistemde, mikrofon ya da mikrofonlar kulaklığın dış kısmına yerleştirilmektedir. Bu durum özellikle alanın sınırlı olduğu kulakiçi kulaklıklar için bir avantajdır. Bu yapısı sayesinde ileri beslemeli olarak dizayn edilmiş kulaklıklar; konuşma, trafik sesi gibi orta aralıktaki frekansları kolaylıkla engelleyebilir. Ancak, rüzgar sesi gibi kısa süreli ve yüksek frekansları önlemekte yetersizdir.
Geri beslemeli olarak dizayn edilmiş kulaklıklarda ise, mikrofon ya da mikrofonlar kulaklığın iç kısmında yer almaktadır. Mikrofonlar kulağa daha yakın bir bölgede konumlandığından, kulaklığı takan kişinin maruz kaldığı gürültü daha net şekilde algılanabilir. Ayrıca mikrofonlar iç kısımda bulunduğundan, rüzgara karşı daha dirençlidir. Ancak, geri beslemeli olarak dizayn edilmiş kulaklıklar genellikle düşük frekansları engelleyebilir.
Bununla birlikte hibrit olarak dizayn edilen kulaklıklar da bulunmaktadır. Hibrit dizayn ile, diğer iki dizaynın en iyi yönleri birleştirilerek bütün frekans aralıkları için gürültü önleme sağlanabilmektedir. Ancak bu dizaynı kullanan kulaklıklar, daha hassas mikrofonlara ve filtrelere sahip olduklarından oldukça yüksek fiyatlıdır.
Günümüzde Aktif Gürültü Engelleme
Aktif gürültü engelleme sistemleri birçok uygulamada kullanılmaktadır. Örnek olarak; klimalar, kompresörler, çim biçme makineleri, buzdolapları, elektrik motorları gösterilebilir. Ancak günümüzde, aktif gürültü engelleme sistemlerinin en dikkat çeken uygulamalarından biri kulaklıklardır. Birçok kulaklık firması, ortamdan gelen gürültüyü engelleyen ve bu sayede daha kaliteli müzik dinleme imkanı sunan kulaklıklar üretmek için çabalamaktadır.
Aktif gürültü engelleme ile ilgili en büyük sorun, ortam gürültüsünü maksimum sönümleme sağlayacak kadar iyi algılayamamaktır. Çünkü algılama işlemi için kullanılan mikrofonların frekans tepkileri kusursuz değildir ve elektronik dönüştürme işlemi de kendi başına bir gürültüye neden olmaktadır. Ayrıca iptal edici ses dalgaları da hoparlör tarafından eksiksiz biçimde gönderilemez. Bu gibi küçük eksiklikler birleşerek sistemin gürültü engelleme kalitesini etkilemektedir.
Gürültü engelleme sistemlerinin hassas şekilde ayarlanması gerekmektedir. Ancak halihazırda kullanılan cihazlar, en iyi koşullarda bile ortam gürültüsünü tamamen engelleyememektedir. Bunun yerine, -20 ile -30 dB arasında gürültü azaltma sağlayan cihazlar oldukça yaygındır. Bu da ortam gürültüsünün, 1/16 ya da 1/32 oranında azaltılması anlamına gelmektedir. Bu oranlar küçük gibi gözükse de, kullanımda büyük farklılıklar yaratmaktadır.
Aktif gürültü engellemeye sahip cihazların sayısı her yıl artmaktadır. Türkiye’de ise, bu tipteki cihazlara talebin orta seviyede olduğu fakat sürekli arttığı görülmektedir. Bu talebin büyük bir bölümünü kulaklıklar oluşturmaktadır. Ancak, bu cihazlar oldukça pahalıdır. Bu alandaki gelişmelerin artmasıyla birlikte, ilerleyen yıllarda daha ucuz cihazlar görmek mümkün olabilir.
