降噪程序

Question

如果您要编写一个程序，该程序接受麦克风输入，将其反转（通过将 1 设为 0 和 0 设为 1 将其设置为异相），然后从扬声器中回放，这会消除声音吗？波物理学说，如果波峰与波谷对齐，就会发生破坏性干扰，因此如果没有“完全”消除，这里可以利用它来降低噪音。我可以想象，由于反转音频的复杂性，或者甚至因为反转和播放需要太长时间，因此声波已经过去，所以这不起作用。如果我必须关联一种语言来执行此操作，那么它必须是 c++ 或 java（我至少在这两个方面都能胜任）。

Answer 1

是的，它会消除声音。这或多或少是环绕声的工作原理：通过减去左/右声道，在第 3 个扬声器中播放，然后反转样本，从第 4 个扬声器中播放这些，您会获得有趣的空间效果。

此外，您不会简单地切换所有位，您会得到噪音；相反，你想否定。

使用小样本缓冲区，您的速度足以抵消某些频率的波。当这些攻击和衰减时，你会落后，但只要波持续，你就可以有效地抵消它。

使用更大的样本缓冲区，延迟显然会增加，因为用样本填充缓冲区需要更长的时间。缓冲区的大小决定了设备中断发生的频率，程序将输入样本复制到输出缓冲区，同时对其进行操作。

通常以 44.1kHz 进行录音，这意味着每秒有很多样本。如果您将缓冲区设置为 256 个样本，您将每秒收到 44100/256 次通知，通知您有 256 个样本需要处理。

在 256 个样本时，您会落后 256/44100 = 0.0058 秒或 5.8 毫秒。声音以大约 340 m/s 的速度传播，因此声波会移动 1.97 米（340 * 5.8ms）。该波长对应于频率 172 Hz (44100/256)。这意味着您只能有效地消除频率低于该频率的频率，因为频率较高的频率在 5.8 毫秒内“移动”不止一次，因此高于最大“采样率”，如果您愿意的话。

对于 64 个样本，频率为 44100/64 = 689 Hz。而且，这是最大频率！这意味着您可以消除低音和人声的基频，但不能消除谐波。

典型的操作系统将其时钟频率设置为 500、1000 或 2000 Hz，这意味着您最多可以使用大约两到三个样本的样本缓冲区，最大频率为 500、1000 或 2000 Hz .电话的最高频率通常约为 3500 Hz。

您可以将系统时钟提高到大约 32kHz，然后直接轮询 ADC 以达到这样的频率。但是，您可能需要将一个焊接到您的 LPT 并运行自定义操作系统，这意味着 Java 是不可能的，或者使用运行 Java 的预制实时嵌入式系统（请参阅@zapl 的评论链接）。

我忘了提一件事，您需要考虑声源、麦克风和扬声器的位置。理想情况下，所有 3 个都在同一个地方，所以没有延迟。但这几乎从来没有发生过，这意味着你会得到一个干涉图案：房间里会有声音被消除的点，而在没有消除的点之间。

Answer 2

您无法在软件、c++ 甚至汇编中执行此操作 - 在大多数计算机上，仅镜像扬声器输出的延迟将超过 6 毫秒。即使您只有 0.1 毫秒的延迟，产生的声音（假设它是完美混合的）充其量听起来就像以 10kHz 采样（不是很好）。