Как работает шумоподавление в наушниках?
Активное шумоподавление или ANC (от англ Active noise cancelling), в наушниках работает так:
- В наушниках с активным шумоподавлением, есть внешний микрофон который улавливает звук окружающего мира, в том числе и шум.
- Затем процессор наушников анализирует этот шум и вычисляет антишумовую звуковую волну. И это самое интересное, ребят. Антишумовая волна, это инвертированный или грубо говоря перевёрнутый звук шума который уловил микрофон. Как это выглядит на графике, смотрите чуть ниже. Там где оригинальная волна шума была на графике вверху, антишумовая волна на графике будет внизу. То-есть она отзеркалена ну или звук теперь в противофазе.
- После чего антишумовая волна воспроизводится через наушники. И когда внешний шум и отзеркаленный шум накладываются друг на друга, получается МАГИЯ ну или подавление шума.
Легче всего это воспринимать как если шум это «1», проивошум это «-1», в итоге получаем «0» или подавление шума.
По факту же с шумоподавлением вы получаете значительное уменьшение внешнего шума. И в наушниках остается по большей части только музыка или собеседник с которым вы общаетесь. Хотя режим шумоподавления работает даже без музыки, когда в наушниках ничего не играет. И это особенно добавляет комфорта в метро, самолете и в шумных местах.
В общих чертах, вы теперь понимаете как работает активное шумоподавление
Есть 3 очень интересных нюанса по поводу шумодава
В основе активного шумоподавления лежит много сложных и интересных инженерных решений. Чтобы понять эти решения, легче визуализировать звуковые волны, не как синусоиды, а как набор перемещающихся зон высокого и низкого давления, в сжатом и разреженном состоянии.
Допустим, вы живете или работаете рядом с шоссе. Все автомобили и грузовики, которые проезжают, генерируют звук с формой волны, которая на самом деле является просто последовательностью движения зоны высокого и низкого давления воздуха. Эти сжатые и разреженные зоны перемещаются в воздухе и когда они ударяются по вашей барабанной перепонке, вы слышите звуки шоссе. Да, так работает звук друзья.
Чтобы создать антизвуковую волну для шума шоссе, звуковая волна должна генерироваться равно противоположной. Под этим мы подразумеваем, что для каждой зоны высокого давления от шума должна быть создана зона низкого давления, и для каждой зоны низкого давления, зона высокого давления. Шум и анти-шум совмещаются и звук шоссе по большей части нивелируется.
Такое решение использовать звуковую волну в противофазе создало 3 интересные проблемы
- Наушники сами по себе обеспечивают некоторую пассивную шумоизоляцию при помощи амбушюр и своей конструкции. Поэтому для активного шумоподавления нам нужны два микрофона: один микрофон используется снаружи для измерения самого шума, а второй микрофон используется внутри наушников, для измерения процента шума, который проникает в уши.
- Вторая проблема заключается в том, что довольно сложно идеально синхронизировать антишумовую волну с внешним шумом. Шум от шоссе имеет сотни сжатий и разрежений каждую секунду, поэтому если антизвуковая волна отключена на несколько миллисекунд, шумоподавление не будет работать должным образом. Поэтому для измерения и расчета антизвуковой волны в наушниках используется цифровой процессор. В то время как внутренний микрофон одновременно отслеживает, работает ли шумоподавление должным образом.
- Третья проблема, заключается в том, что антизвуковая волна должна быть объединена с аудио или музыкой, которую вы слушаете. Звук + антишумовая волна, действует точно так же, как разные инструменты в песне, и в итоге они объединяются, чтобы создать новый звук, который воспроизводится через один единственный динамик.
В конечном итоге получается примерно так, звук аудио или музыки смешивается с антишумовой волной и шумом из окружающей среды. Шум окружающей среды нивелируются антишумовой волной и мы слышим по большей части только музыку или другой воспроизводимый звук. Поэтому шумоподавление часто влияет на звучание музыки. И только в топовых моделях с шумоподавлением от Sony, Bose, Apple, Sennheiser и т.д. — этого почти не слышно. Но это почти всегда слышно в бюджетных моделях с шумоподавлением + там эта функция обычно работает посредственно.
Эффективность шумоподавления для низких, средних и высоких частот — разная
Шумоподавление более эффективно для низкочастотных повторяющихся шумов, например гул самолета, звук поезда или двигателя. Потому что низкие частоты имеют всего пару сотен пиков или длин волн каждую секунду, тогда как высокочастотные шумы имеют тысячи пиков в секунду. И внезапные изменения высокочастотного звука, если они происходят слишком часто и затрудняют анализ и обработку аудиоданных любым аудиоустройством. Поэтому высокочастотные и среднечастотные шумы будут просачиваться к вам в уши больше чем низкочастотные при работе шумодава и это нормально.
Но в моделях с хорошо реализованным шумоподавлением, низкочастотные шумы по ощущениям уходят на процентов 90%, а высокочастотные и среднечастотные, по разному, но их все равно почти всегда становится меньше.
Режим прозрачности
Sony WH-1000XM4 на голове
Еще очень крутая функция которая реализуется почти во всех моделях с шумодавом, это режим прозрачности. Это когда вы слышите внешний мир через микрофон, не снимая наушников. Удобно, если нужно ответить баристе, будете ли вы платить картой или наличкой. Режим прозрачности и шумоподавление последнее время делают адаптивным, то есть наушники сами подстраиваются под окружающую среду, делая подавление шума сильнее или слабее. Что удобно.
Но есть и проблемы связные с активным шумоподавлением
При первом использовании наушников с шумоподавлением нередко возникает ощущение давления. Это вызвано отсутствием низкочастотных звуков, которые воспринимаются как перепад давления между внутренним и наружным ухом.
Есть у небольшого процента людей бывают головокружение и дезориентация в пространстве. при В некоторых случаях также присутствуют головные боли и тошнота. Одна из теорий состоит в том, что технология шумоподавления может генерировать чрезвычайно низкочастотные вибрации, которые стимулируют балансовые рецепторы наших ушей. Затем происходит то, что эти рецепторы ложно сообщают мозгу, что голова движется, несмотря на то что она неподвижна. Подобные смешанные сообщения могут обмануть мозг, заставив его думать, что происходит движение и следовательно будет головокружение.
Поэтому обязательно стоит попробовать шумоподавление в магазине хотя бы на 1-2 минуты. Чтобы понять, не вытянули ли вы короткую спичку в плане таких рецепторов.
