ما هو إلغاء الضوضاء النشط؟

يعد إلغاء الضوضاء النشط ميزة مطلوبة بشكل كبير في سماعات الأذن وسماعات الرأس، وذلك لسبب وجيه. فهو يزيل الكثير من الضوضاء الخارجية من تجربة الاستماع الخاصة بك، مما يجعلها أكثر هدوءًا وأسهل للاستماع إلى مستويات الصوت المنخفضة. ومع ذلك، كيف يعمل إلغاء الضوضاء على سماعات الرأس مثل سنهايزر مومينتم 4 وايرلس و ال سوني WH-1000XM5 هو جزء من الغموض بالنسبة للكثيرين. جلسنا مع كريستيان إرن، مدير المنتج الرئيسي لسماعات الرأس الاستهلاكية في شركة Sennheiser، في مؤتمر هذا العام ايفا 2023 للمساعدة في كسرها.

يعد تخفيف الصوت الخطوة الأولى نحو إلغاء الضوضاء

أولًا وقبل كل شيء، الشيء الأكثر أهمية الذي يجب فهمه حول إلغاء الضوضاء هو أن الأمر كله يتعلق بالترددات والموجات الصوتية، والأهم من ذلك كله، الفيزياء. تنتقل الأصوات في موجات تتكون من اهتزازات تمر عبر الهواء. كلما كانت هذه الاهتزازات أكثر تكرارا، كلما ارتفع التردد (كما يوحي الاسم)، ويحدد ارتفاع الموجة بشكل أساسي السعة أو جهارة الصوت.

عند التعامل مع الأصوات ذات التردد العالي، يكون من الصعب عليها اختراق الأسطح، وهذه الخاصية تنطبق على جميع أنواع الترددات. في حين أن الأصوات في المحتوى الذي يستهدف الاستهلاك البشري لن تتجاوز عادةً 20 كيلو هرتز (لأن هذا هو الحد الأقصى لنطاق السمع البشري)، فإن mmWave 5G، على سبيل المثال، يصل عادةً إلى 40 جيجا هرتز. عند تردد 40 جيجا هرتز، تواجه mmWave صعوبة في اختراق جميع أنواع الأسطح، ولهذا السبب يوجد طيف الإشارة في الغالب في الهواء الطلق مدن أساسيه.

مع الأخذ في الاعتبار صعوبة الأصوات عالية التردد في اختراق الأسطح، فإن هذا هو السبب في أن العديد من سماعات الرأس المتطورة المزودة بميزة إلغاء الضوضاء النشطة تستخدم أكوابًا سميكة وناعمة. في حين أن الأصوات ذات التردد المنخفض يمكن أن تخترق هذه الأصوات بسهولة، فإن الأصوات ذات التردد العالي سيتم تصفيتها بشكل كبير من خلال سطح سميك مثل هذا. تسمى هذه التقنية بتخميد الصوت، وليس إلغاء الضوضاء النشط.

فيزياء التدخل المدمر

عندما تتحد موجتان متماسكتان (ببساطة، متشابهتان)، فإن هذا يسمى التداخل. إذا اجتمعوا لتضخيم الموجة، فهذا هو التداخل البناء، ولكن إذا ألغوا بعضهم البعض، فإن هذا يسمى التداخل المدمر. يعد مفهوم التداخل المدمر جزءًا كبيرًا من لغز إلغاء الضوضاء النشط.

بإلقاء نظرة على الصورة أعلاه، لاحظ أن الخط العلوي عبارة عن مزيج من الموجتين الموجودتين تحته. على اليسار، كلتا الإشارتين في الطور، لذلك تتضخمان وتخلقان موجة أقوى نتيجة لذلك. على اليمين، تؤدي الموجة المضادة خارج الطور إلى تداخل مدمر. في سياق صوتي، ستكون إحدى الإشارات عبارة عن موجة صوتية خارجية، وسيتم تشغيل الموجة المضادة المتولدة لتدميرها من خلال سماعات رأس مرتديها الذي يستمع إلى الموسيقى.

إذا كان الأمر كذلك، فلماذا لا تزال تسمع الصوت من خارج سماعات الرأس؟ تتم إزالة بعض الأصوات تمامًا، لكن لا يوجد أبدًا زوج مثالي من سماعات الرأس المانعة للضوضاء. مرة أخرى، ولأسباب مماثلة، يتعلق الأمر كله بالفيزياء فقط. هذا هو المكان الذي تلعب فيه الميكروفونات الموجودة على الجزء الخارجي من سماعات الرأس دورها عندما يتعلق الأمر بإلغاء الضوضاء والفرق بين ميزة ANC "التغذية الأمامية" و"التغذية المرتدة".

Feedforward ANC مقابل ردود الفعل ANC

هناك نوعان مختلفان من ANC قيد الاستخدام في سماعات الرأس، وأخبرني إرن أن جميع سماعات الرأس الرئيسية تقريبًا ستستخدم مزيجًا من هذين النوعين. سوف يستمع Feedfoward إلى الصوت خارج سماعات الرأس ويحاول إلغاءه، بينما سيكون هناك تعليقات ANC الميكروفونات الموجودة داخل الأكواب واستمع إلى الفرق بين داخل السماعات وصوت ماذا يجب يكون اللعب.

يعد Feedforward ANC مثيرًا للاهتمام بشكل خاص، لأنه يُظهر العمل المتخصص الذي يدخل في إنشاء سماعات إلغاء الضوضاء. في جوهر الأمر، ستدخل الموجة الصوتية التي تدخل غطاء الأذن إلى أحد الميكروفونات، وفي المللي ثانية يستغرق هذا الصوت موجة للوصول إلى أذنك (حيث أن الميكروفون على بعد بضعة سنتيمترات)، سيحاول معالجة تلك الموجة الصوتية وإنشاء صوت مضاد للموجة. بالنسبة للأصوات التي تواجه الميكروفون، فإنه يعمل بشكل جيد خلال أجزاء من الثانية فقط، ولكن بالنسبة للأصوات الموجودة فوقه وتحته لا، لأنها لا تدخل مباشرة إلى الميكروفون وقد تصل إلى الأذن قبل أن يتم إلغاءها خارج. ولهذا السبب فإن ردود الفعل ANC يمكن أن تسد الفجوات.

من خلال ردود الفعل ANC، تستخدم الميكروفونات الموجودة داخل قطعة الأذن لقياس الفرق بين ما يجب تشغيله مقابل ما يمكن سماعه فعليًا داخل قطعة الأذن. عندما يصل الصوت من الخارج إلى هذا الميكروفون، يكون المستمع قد سمعه بالفعل، ولكن يمكن استخدامه لإزالة الضوضاء المستمرة، مثل طنين الطائرة أو أشياء أخرى. ومع ذلك، لا يمكن أن يساعد ذلك في حالات الضوضاء المفاجئة، ولهذا السبب يكون الجمع بين التغذية المرتدة مقابل التغذية الراجعة هو الأفضل.

كملاحظة جانبية، هل سبق لك أن قمت بفرك أصابعك على الجزء الخارجي من سماعة الأذن أو سماعات الرأس وسمعت ضوضاء عالية النبرة؟ Feedforward ANC هو بالضبط سبب حدوث ذلك، وهو متطور سماعات لاسلكية حقيقية مع ANC هي في الأساس نفس الإعداد كما سماعات عالية الجودة، فقط على نطاق أصغر.

جمع كل ذلك معا

عندما نجمع بين إلغاء الضوضاء النشط والتغذية المرتدة، نحصل على مزيج قوي قادر على إلغاء الأصوات ذات التردد المنخفض بتناسق رائع. ولهذا السبب أيضًا تعتبر سماعات الرأس النشطة التي تعمل على إلغاء الضوضاء رائعة في تصفية أصوات الأشياء مثل الأماكن العامة النقل والضوضاء المستمرة الأخرى لأنها أصوات يمكن التنبؤ بها والتي يمكن أن تتنبأ بها ردود الفعل ANC بنجاح يزيل. يتم دمج ذلك مع خصائص تخفيف الصوت التي تتميز بها أغطية الأذن السميكة والتي تعمل بشكل جيد على المستويات الأعلى الترددات، ولديك كل التكنولوجيا التي تشكل الغالبية العظمى من إلغاء الضوضاء النشط اليوم.

ما زال ينهار هذا الأمر هو تصفية الكلام، ولماذا يمكن أن يواجه إلغاء الضوضاء النشط صعوبة. النطاق من 1 كيلو هرتز إلى 3 كيلو هرتز هو المكان الذي يوجد فيه معظم الكلام البشري، وهذا مرتفع بما يكفي ليكون من الصعب إلغاء ردود الفعل ANC ولكنه اتجاهي للغاية بحيث لا يعمل بشكل جيد مع ميزة ANC المغذية. يؤدي الجمع بينهما إلى الكثير من التعقيد (وهذا هو السبب في أن سماعات الرأس المتوسطة إلى المنخفضة قد تستخدم إحدى هذه التقنيات فقط وليس كليهما)، ويمكن أن تؤثر أيضًا على جودة الصوت.

في هذه الحالة، أخبرني Ern أنه يمكن إعطاء الأولوية لسماعات الرأس أو سماعات الأذن لجودة الصوت أو ANC، ولكن ليس دائمًا كليهما. يجب ضبط الصوت عند تشغيل ميزة إلغاء الضوضاء النشطة (ANC)، ولكن إذا كنت تقوم بإزالة الترددات التي يمكن سماعها من الخارج، فإنك تتعرض لخطر إزالة الترددات في موسيقاك الفعلية أيضًا. هذا هو السبب في أن إلغاء الضوضاء يعد إنجازًا هندسيًا معقدًا، ولكن أفضل سماعات ANC الجميع يقومون بعمل جيد جدًا في ذلك.