Борьба с уличным шумом при помощи интернета вещей

Если осмотреться вокруг, то можно констатировать удивительную вещь: не смотря на то, что абсолютно все что нас окружает строго запрограммировано с точки зрения дизайна и архитектуры, а культура визуализации пропагандируется повсеместно, городская акустическая культура и акустическое планирование общественных пространств не развито вообще. Благодаря этому, а также неконтролируемому росту городов за последние пятнадцать лет городские жители всего мира столкнулись с нарастанием экологических проблем, важнейшей из которых является шумовое загрязнение городской среды.


После проведения краткого анализа частотного спектра уличного шума, станет понятно, что он состоит из узкополосных шумовых всплесков, происходящих в реальном времени. Всплески происходят в разных частотных группах и одномоментно почти никогда не охватывают полностью весь слышимый человеком диапазон 20Hz - 20000Hz. В виде исключений можно упомянуть только шум двигателя самолета и звук водопада, которые охватывают максимально широкий частотный спектр и, фактически, являются так называемым серым шумом. Кроме того, если представить себе возникновение серого шума в городских условиях с уровнем шумового давления, не превышающим нормы безопасности, в этом случае мы скорее всего вообще ничего не услышим, а только почувствуем прикосновение звуковых волн в виде легкого давления. Из этого можно сделать вывод, что узкополосные частотные всплески являются гораздо более вредными для психики, чем широкополосный шум. Они, подобно лезвиям, воздействуют на наш мозг, заставляя его перенапрягаться и в авральном режиме включать и выключать маскирующие программы. 

Далее, обратимся к психоакустике и рассмотрим приемы, которые возможно применить для снижения шумового воздействия. Основных приемов всего два: активное шумоподавление и, собственно, маскировка. Не смотря на то, что активное шумоподавление находит все более широкое применение в современных гаджетах и наушниках, к сожалению эффективно применить его в общественных пространствах вряд ли получится, так как это не позволят сделать законы физики. Поэтому рассмотрим подробнее психоакустическую маскировку.

Психоакустической маскировкой называется эффект, при помощи которого один звук можно скрыть другим. Любые два звука при одновременном прослушивании будут оказывать влияние на восприятие разницы относительного уровня громкости каждого из них. Чем ближе частота маскирующего звука к маскируемому, тем сильнее он будет скрывать маскируемый звук. Частота маскирующего звука относительно маскируемого должна быть смещена в сторону низких частот, так как низкочастотный звук маскирует высокие частоты, но высокочастотный звук не может замаскировать низкие.

Попробуем рассмотреть уличный шум из отдельно взятого реально существующего окна на втором этаже старинного дома, стоящего на перекрестке оживленной улицы в историческом центре Москвы. Сначала кажется что шум носит полностью непредсказуемый характер. Однако, если понаблюдать более внимательно, выяснится что элементы шума можно разделить на две категории: непредсказуемые ситуационные шумы и цикличные, которые можно предугадать. Внимательнее рассмотрим вторую группу, так как цикличные повторяющиеся звуки и держат наш мозг в непрерывном напряжении, заставляя его подолгу держать включенными программы, маскирующие повторяющийся шум и делающие его «незаметным» для нашего сознания.

Например, выделим четыре шумовых элемента, повторяющихся с определенной частотой: резкий сигнал светофора; резкий скрежет трамвая; низкочастотный гул во время проезда трамвая под окном; пересечение трамвайных путей автомобильными покрышками после включения зеленого сигнала светофора. Все эти звуки можно назвать предсказуемыми, так как они систематически повторяются бесчисленное количество раз в течении дня.

Так причем же здесь интернет вещей? Суммируя все вышесказанное, получается что наш мозг использует специальную нейронную сеть, непрерывно обрабатывающую входящие звуковые сигналы. Сумма этих сигналов (событий) является саундскейпом отдельно взятого общественного пространства (например, квартала). Саундскейп состоит не только из непредсказуемых событий, но и наоборот, вполне предсказуемых, происходящих по определенным алгоритмам, которые возможно вычислить. Таким образом, привлечение интернета вещей и искусственного интеллекта в данной ситуации является попыткой разгрузить человеческий мозг и переложить маскирующие и очищающие программы на компьютерную инфраструктуру. Раз технологии интернета вещей проникают во все сферы нашей жизнедеятельности, так почему бы не направить их на борьбу за чистоту экологии?

Представьте себе программно-аппаратный комплекс, который в реальном времени мониторит показатели окружающей среды при помощи датчиков и сенсоров. Он учитывает такие факторы, как сезон, время суток, геолокация, региональная специфика, погода и многое другое. Кроме того, программа изучает количество и плотность возникающих ситуаций и процессов. В зависимости от состояния окружающей среды, а также от функционального предназначения помещения в котором установлена система, она, во-первых, очищает помещение от шума, а во-вторых, создает саундскейп, формирующий оптимальное настроение, соответствующее для данного помещения с учетом вышеуказанных параметров. Таким образом, помещение начинает использоваться максимально эффективно с точки зрения своего функционального предназначения, которое можно разделить на три типа, соответствующих основным ритмам человеческой жизнедеятельности: фокусирование; релакс и сон.

Из чего может состоять саундскейп в данной ситуации? Первыми на ум приходят звуки природы и эмбиентая музыка. Но для многих городских жителей звуки природы не несут никакой ценности, а повторяющаяся музыка действует на нервы. Поэтому, речь идет скорее о каких то мягких звуках и тембрах (например, которые используются в технологии ASMR), а также генеративных музыкальных всплесках и фразах, которые в реальном времени генерируются из реакции системы на изменения окружающей среды. Кроме того, саундскейп является, фактически, саундтреком помещения или пространства, отражающим его настроение со всей вытекающей драматургией. В качестве одного из вариантов, сам городской шум можно рассматривать в роли исполнителя музыкального произведения в реальном времени. Для этого нужно направить узкочастотные шумовые всплески в русло нотной грамоты, и тогда шум начнет исправлять и гармонизировать сам себя.

Национальная технологическая инициатива - Онлайн Курс от Дмитрия Пескова
Национальная технологическая инициатива - Онлайн Курс от Дмитрия Пескова