L’approccio moderno con cui si organizza il personale interno di un’azienda o di un ufficio pubblico, è molto diverso da quello tradizionale. Le nuove strategie di business richiedono una maggiore collaborazione tra colleghi. Essi devono comunicare nel modo più semplice e rapido possibile. I luoghi di lavoro odierni sono caratterizzati, quindi, da grandi spazi in grado di accogliere più gruppi di persone, ognuno con una propria postazione, ma in ambienti condivisi. Per quanto riguarda il lavoro di gruppo, questa nuova disposizione del personale comporta un ovvio vantaggio. Quando, però, il singolo lavoratore deve svolgere una mansione in modo indipendente, la condivisione degli spazi potrebbe comportare dei disagi, soprattutto a causa dei rumori di sottofondo. I dispositivi dotati dell’opzione Noise Cancellation sono in grado di ridurre il rumore e, in casi particolari, addirittura di cancellarlo.
Esempi di contesti in cui il Controllo Attivo del Rumore(ANC) fa la differenza:
Le applicazioni della tecnica ANC sono molteplici, sia nei casi più comuni, come l’ascolto della musica e la comunicazione telefonica, sia in quelli più critici (si pensi all’ambito civile e industriale):
- nel sopracitato ufficio open-space: un certo numero di lavoratori condividono un grande spazio dove collaborano come team.
- a bordo di mezzi pubblici: sono tante le persone che trascorrono, ogni giorno, molte ore su treni, autobus e metropolitane. Nel caso in cui la meta da raggiungere sia il luogo di lavoro, è di particolare importanza riuscire a isolarsi dal rumore esterno durante il viaggio. Lo stress dovuto all’inquinamento acustico può compromettere la concentrazione durante tutta la giornata lavorativa.
- all’interno degli aeroporti: nei pressi delle piste aeree, il rumore emesso dai motori dei velivoli raggiunge valori di dB(D) molto prossimi a quelli della soglia del dolore. Ad oggi, i dispositivi atti a proteggere l’udito degli operatori, sono cuffie a isolamento di tipo passivo. Esse, cioè, sono una barriera fisica tra l’orecchio e la fonte del rumore. Vedremo nel seguito di questo articolo, quanto sia efficace un controllo attivo del rumore.
- nei call center: le cuffie dotate della cancellazione attiva del rumore, non solo isolano l’operatore dalle voci in sottofondo, ma garantiscono anche maggiori prestazioni audio. Questo si traduce in conversazioni più cristalline e non costringe il lavoratore ad alzare la voce per farsi sentire dal cliente.
- nei cantieri e nelle fabbriche: gli operai sono costantemente a contatto con mezzi pesanti, attrezzi e strumenti da lavoro che generano rumori disturbanti. Essi, a lungo termine, possono arrecare danno alle normali funzioni uditive.
- in biblioteca: leggere e studiare sarà molto più semplice senza distrazioni dovute ai bisbigli nelle aule studio!
- nell’abitacolo delle vetture e dei camion: molte aziende automobilistiche hanno annunciato l’installazione del Controllo Attivo del Rumore all’interno delle auto. “La nuova tecnologia è in grado di rimuovere dall’abitacolo i suoni indesiderati provenienti dalla strada, così da offrire un’esperienza di bordo più silenziosa. Questa significativa riduzione dell’esposizione ai rumori a bassa frequenza, può contribuire a diminuire la sensazione di affaticamento del conducente. Un automobilista stanco fa registrare un aumento del 16,72% del tempo medio di reazione, se comparato con quello di un guidatore completamente vigile.” (fonte: La nuova tecnologia Jaguar Land Rover.)
Principio fisico e funzionamento della tecnologia Noise Cancellation
Cos’è il rumore:
In acustica, al rumore è dedicata una descrizione molto particolare, per cui ci limiteremo a quella più intuitiva e utile alla comprensione della tecnologia ANC. Secondo la definizione più generale, il rumore è, come il suono, un’onda di pressione generata da un sistema vibrante. A differenza dei suoni, i rumori sono rappresentati come una somma di più oscillazioni irregolari, intermittenti e casuali. L’onda risultante provoca, nell’orecchio umano, una sensazione di disturbo:
Il fastidio causato dal rumore ha effetti negativi sugli esseri viventi: ad esempio, problemi di concentrazione, stress e, in casi estremi, esaurimento nervoso.
L’esposizione prolungata a livelli elevati di rumore può anche causare la perdita temporanea o permanente dell’udito. E’ fondamentale, quindi, rispettare i limiti imposti dalle norme inerenti la tutela dei lavoratori.
Anche in campo elettronico il rumore costituisce il segnale di disturbo che compromette la limpida trasmissione delle onde sonore.
L’Active Noise Control
Con Controllo Attivo del Rumore si identifica la tecnologia composta da:
- dispositivi ANC : strumenti in grado di cancellare il rumore in modo attivo (noise cancellation)
- dispositivi ANR : strumenti in grado di ridurre il rumore in modo attivo (noise reduction).
Il principio fisico alla base della tecnica Active Noise Control è l’interferenza distruttiva delle onde : prendiamo in esame due onde sonore, ad esempio di forma sinusoidale, che viaggiano nella stessa direzione. In particolare, consideriamo il caso di due suoni aventi stesse ampiezza e frequenza, ma fasi uguali e opposte:
Per il fenomeno d’interferenza, quando due onde con queste caratteristiche si combinano, si neutralizzano a vicenda. Perciò, l’onda risultante (cioè il suono combinato) è nulla:
In realtà, è molto difficile che un suono emesso da una generica fonte sia perfettamente sinusoidale, a meno di precise condizioni realizzabili in laboratorio. Per questo motivo, risulta più realistica le figura seguente: le due onde non sono perfettamente uguali e opposte, ma comunque tali che la loro sovrapposizione generi una risultante (in rosso) data dalla loro differenza:
Quest’onda finale costituisce una nuova onda sonora: essa ha un’ampiezza minore rispetto alle ampiezze delle due onde iniziali. Quindi, l’orecchio la percepisce come un suono più basso rispetto a quello emesso dalle due fonti precedenti.
Come i dispositivi realizzano l’interferenza distruttiva: la funzione Noise Cancellation
Quando un suono (per esempio l’onda in blu) raggiunge l’orecchio, il dispositivo ANC, supponiamo sia un auricolare, dovrebbe generare un’onda (in verde) uguale a quella incidente, ma in controfase. La difficoltà principale di questo metodo consiste proprio nell’ottenere la versione in controfase dell’onda del rumore. Questo perchè il rumore ha una forma molto irregolare e di elevata variabilità nel tempo.
Processo di elaborazione all’interno di un dispositivo ANC:
- registrare il rumore da cancellare, tramite un microfono integrato nell’apparecchio.
- invertire il segnale registrato. Questa operazione avviene per mezzo di un processore, che genera in tempo reale un segnale speculare ma opposto a quello captato.
- riprodurre il segnale elaborato sotto forma di onde sonore, attraverso degli speaker. In questo modo, le due onde si sommano, annullando/riducendo, in modo reciproco, le rispettive ampiezze.
- I suddetti strumenti, però, a causa della complessità delle fasi di registrazione e inversione dell’onda incidente, introducono ritardi e distorsioni nel processo. Ciò può vanificare l’operazione di annullamento del rumore. Per risolvere il problema, si utilizzano filtri LMS (Least mean square), i quali minimizzano gli errori.
Conclusione:
Come effetto di questo processo, all’orecchio arriva la somma di due onde sonore: il rumore esterno e il segnale acustico opposto. Tale somma sarà un’onda nulla o ridotta.
E’ importante sottolineare che i sistemi di Controllo Attivo del Rumore, sono dotati di filtri in grado di “riconoscere” i suoni dai rumori ambientali. Ciò significa che un auricolare, ad esempio, emette l’onda in controfase per annullare l’onda del segnale disturbante, ma permette il passaggio delle onde di forma regolare, come quelle generate da una voce o da uno strumento musicale.
Limiti della tecnologia Active Noise Control
Come accennato al punto 4, il processore presenta un certo limite di elaborazione in termini di tempo: esso, cioè, non è così rapido e predittivo da poter creare onde in controfase per rumori forti e improvvisi. Di conseguenza, i dispositivi ANC offrono le migliori prestazioni quando i rumori da annullare, o ridurre, sono continui. Ossia rumori per i quali il processore ha già prodotto, in pochi attimi, le onde opposte. Di certo, si può apprezzare la qualità di questa tecnologia quando si tratta di rumori bianchi (ad esempio il fruscìo).