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【发明物语】降噪耳机是如何发明的?

2020-04-14
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摘要 在1989年,全世界看到了第一个可商购的降噪耳机。

  1978年,音响工程师,麻省理工学院教授和Bose Corporation创始人Amar Bose博士从飞机飞往美国,当时飞机工作人员为他提供了耳机,供他在飞行中听音乐。但是,在飞机引擎不断飞行的无人驾驶飞机中,无法逃脱那架无人驾驶飞机,他无法欣赏音乐。实际上,他几乎听不到。他拿起一张餐巾纸,开始用笔在上面擦写,看是否有可能设计出可以消除这种噪音的耳机。该公司声称,从那次飞行开始的数学计算开始于大西洋上空数千英尺,开创了降噪和消除科学的新纪元。对他的早期计算感到兴奋,Bose博士从他的欧洲之旅返回后,就成立了降噪技术小组来专门研究该技术。正如他们所说,这是不断发展的历史。

  1986年12月14日,另一架飞机(两人座的私人旅行者)从南加州的沙漠起飞。它恰好在天空中停留了9天3分44秒,并于12月23日成为世界上第一架在全世界飞行的飞机,甚至没有一次停下来也不加油。为了增加耐力水平,其两名创纪录的飞行员都佩戴了采用降噪技术的原型耳机。它们是由Bose的降噪技术小组开发的。

  降噪耳机的图像

  很快,这个想法突然出现在博斯先生身上,直到8年后在另一次飞行中得到了成功测试。因此,在1989年,全世界看到了第一个可商购的降噪耳机。

  这十年是降噪耳机故事中具有决定意义的时刻。但像往常一样,传奇始于更早。实际上早在一百年前。

  1878年,一位名叫汤姆森(Thomson)的英国数学物理学家和工程师使用两台贝尔电话进行了消除噪音的实验。他是最早得出结论认为可以消除声音的人之一。在没有正确理解电波现象并且尚未发现电磁波的时代,这是一项巨大的成就。

  但是在接下来的70年中,没有一个技术可以实现消音!

  一个本可以为音响工程做出重大贡献的人被他自己的政府瘫痪了。同时还是物理学家的哲学博士和医学博士保罗·吕格(Paul Lueg)在1933年提交了他的专利申请,首次描述了主动噪声消除的原理。专家指出,这个人已经认识到降噪和消除噪音的重要方面。不幸的是,他的专利使他与纳粹政府发生了重大争议。他的工作没有得到认可和财富,反而给他带来了一生的痛苦。他晚年无法再探索该地区。

  1950年代,他以巧妙的设计来到奥尔森。奥尔森对降低房间,管道和耳机中的有源噪音非常感兴趣,他想使用反馈控制系统来做到这一点。决心使纸上的设计成为现实,他努力研究它们,成功申请了多项专利,并最终创新了可实际使用的机器。

  有局限性。奥尔森的系统仅适用于较小的频率范围。一旦噪音上升,他的系统就会变得不稳定。在控制理论尚未完全实现的时候,他正在建立一个雄心勃勃的控制系统。还请记住,半导体技术还处于集成电路的早期阶段,尚未在1959年的德州仪器实验室中被发明。

  因此,当时的其他发明人也面临着类似的挑战。想象一下,每次您听到的噪音改变时,都必须像调节吊扇或收音机那样调节耳机的旋钮-在我们的日常环境中,这几乎总是在发生。这是通用电气实验室中的W.Conover机器,它需要不断的手动干预才能调整相位和幅度水平。它是出色的,也是同类之一,但不切实际。

  大约在同一时间开发了工作模型的Willard Meeker博士取得了一些成功。他将模型应用于活动衰减带宽约为50-500 Hz,最大衰减约为20 dB的耳罩,但仅此而已。

  因此,尽管建立了强大的噪声消除理论,并且经过长时间的停顿,世界各地的工程师开始对执行它们产生兴趣,但良好,稳定的设计仍然难以克服。

  有时世界只需要等待。每个想法都有时间。只是在1978年飞往苏黎世的那一次,才有了这个想法,当时才华横溢的Amar Bose博士领导。

  公平地说,Bose不是唯一开发这项技术的公司。位于德国的着名音频公司Sennheiser仅落后于他们。他们发明了自己的降噪耳机,但效果不佳。尽管对于德国飞机飞行员来说已经足够好了,尽管他们在1988年将其出售给了德国武装部队。尽管他们在1989年制造了降噪耳机向公众出售,但Bose还是为军方设计并出售了原型。

  想像一下消除家庭或办公室环境声音的技术是一回事。在军事飞机机舱的嘈杂,紧张和不稳定的环境中实际实施它的可能性还很大。

  难怪该产品在90年代就立即受到了军方的青睐,因为它的效果非常好。资金投入到他们的研发中,音频设备配备了惊人的新功能,可用于作战人员。1995年,当Bose的II级声学降噪耳机被评为“年度产品”时,这些迅速发展的降噪耳机在技术界引起了轰动。陆军称赞它减少疲劳并提高任务效率。

  这项成就成为表明噪音消除耳机可以保留的最后印记。

  一些发明会随着时间不断发展,而另一些则取得突破。消音技术突飞猛进发展了一百多年,直到成为美国Bose NRTG的使命宣言。令人难以置信的是,在将技术与耳机(看似简单的声音输出单元)结合起来之后,如何在短时间内为我们提供像小工具这样的科幻小说,它可以消除外部噪音!

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