home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1993 / TIME Almanac 1993.iso / time / 120489 / 12048900.061 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-09-23  |  5.3 KB  |  103 lines
  1.                                                                                 TECHNOLOGY, Page 94Fighting Noise with Antinoise
  2.  
  3.  
  4. Electronic mufflers cancel unwanted sound waves in midair
  5.  
  6. By Philip Elmer-Dewitt
  7.  
  8.  
  9.     The oversize, matte-black headsets look like the kind of
  10. industrial-strength ear protection worn by airport baggage
  11. handlers. But these are no ordinary earmuffs. They are
  12. high-tech earphones designed for pilots of small jets and other
  13. light (and noisy) aircraft. Rather than soften the drumming
  14. engine noise with thick layers of plastic foam, the earphones
  15. eliminate it electronically. A tiny microphone samples sound
  16. waves at the wearer's ear, processes them through special
  17. circuitry and broadcasts countertones that cancel the offending
  18. sounds in midair. Result: silence, or something close to it.
  19.  
  20.     The $965 aviation headset, made by Bose, a Framingham,
  21. Mass., manufacturer of hi-fi speakers, is one of the latest
  22. applications of antinoise, a surprising new technology that is
  23. changing the way people block unwanted sounds -- from the whine
  24. of electrical transformers to the rumble of internal-combustion
  25. engines -- while leaving human voices, alarm bells and other
  26. useful sounds untouched. The technology should have many uses:
  27. the American Medical Association estimates that more than 9
  28. million U.S. workers are exposed to hazardous noise levels on
  29. the job. In some professions -- notably mining, shipbuilding,
  30. food processing and printing -- it is not unusual for young
  31. workers to begin employment with perfect hearing and end up, 25
  32. years later, nearly deaf.
  33.  
  34.     The principle behind all antinoise devices is the same.
  35. Noise is basically a pressure wave traveling through the air.
  36. Antinoise is the mirror image of that wave, an equal and
  37. opposite vibration exactly 180 degrees out of phase with the
  38. noise to be blocked. When noise and antinoise collide, they
  39. interact with what is called destructive interference, canceling
  40. each other out. The idea is not new; generations of high-school
  41. physics students have seen destructive interference demonstrated
  42. with undulating Slinkies or jump ropes. But it is only recently
  43. -- with the advent of small, high-speed signal processors --
  44. that scientists have had the computer power to make practical
  45. antinoise devices.
  46.  
  47.     There are two ways to generate an antinoise wave. The
  48. analog approach, first developed in the 1930s using vacuum-tube
  49. technology, works something like a seesaw. A mechanism drives
  50. a loud speaker that pushes the air when incoming sound waves
  51. rise and pulls it back when the sound waves fall. Alternatively,
  52. antinoise waves can be created digitally, using a signal
  53. processor to convert incoming sound waves into a stream of
  54. numbers. Given those numbers, computers can quickly calculate
  55. the frequency and amplitude of the mirror-image waves. Those
  56. specifications are then fed to a conventional speaker and
  57. broadcast into the air. Sounds that the system wants to
  58. preserve, like human voices, can be subtracted out in the
  59. beginning of the process and added back in at the end.
  60.  
  61.     At least half a dozen firms are selling antinoise systems
  62. in the U.S. and Europe. A pair of British firms, Racal Acoustics
  63. and Plessey, sell antinoise headphones that combat cockpit noise
  64. in military vehicles, such as the Sea King helicopter and the
  65. Warrior attack vehicle. Digisonix, a division of Nelson
  66. Industries in Stoughton, Wis., markets units that can be bolted
  67. to air ducts to mute the blast of industrial fans and heating
  68. and air-conditioning systems. Noise Cancellation Technologies
  69. of New York City just announced a joint venture with Tenneco to
  70. make electronic mufflers for automobiles and light trucks that
  71. can dampen engine boom without reducing engine performance or
  72. fuel efficiency.
  73.  
  74.     The DSP Group in Emeryville, Calif., has developed
  75. computerized silencers that can cut through the line noise that
  76. makes cellular telephoning a chore. The same technology is being
  77. used by Government agencies involved in surveillance and
  78. intelligence gathering to improve the performance of
  79. eavesdropping devices. Active Noise and Vibration Technologies
  80. of Phoenix makes antinoise speakers for the headrests of
  81. helicopters, trucks and airplanes to surround passengers with
  82. zones of silence. Soon, lawn mowers and snow-blowers may be
  83. electronically muzzled to reduce suburban din. And, thanks to
  84. antinoise systems, submarines carrying nuclear warheads now run
  85. silent as well as deep. "Everywhere you hear noise, there's a
  86. business opportunity," says Gene Frantz, applications manager
  87. for digital signal processing at Texas Instruments. "We're at
  88. a stage of the technology where the first guy to the problem can
  89. be rich."
  90.  
  91.     No antinoise system is perfect. The digital devices work
  92. well with repetitive noises, like the sounds of fans and
  93. turbines, but cannot stop random or unexpected noises. Analog
  94. systems fight low, random noises but do it by eliminating all
  95. low-frequency sounds, good or bad. And none of the antinoise
  96. devices currently on the market are very good at canceling
  97. high-pitched squeals and whistles. The problem: calculating
  98. antiwaves for sounds higher than middle C requires more
  99. computing power than today's chips can provide. For now, the
  100. most cost-effective way to block those tones is still to stick
  101. your fingers in your ears.
  102.  
  103.