¿Qué es la cancelación activa de ruido?

La cancelación activa de ruido es una característica muy buscada en auriculares y audífonos, y por una buena razón. Elimina una gran cantidad de ruido exterior de su experiencia auditiva, lo que la hace mucho más tranquila y más fácil de escuchar a volúmenes más bajos. Sin embargo, ¿cómo funciona la cancelación de ruido en auriculares como el Sennheiser Momentum 4 inalámbrico y el Sony WH-1000XM5 es un poco misterioso para muchos. Nos sentamos con Christian Ern, director principal de productos de auriculares de consumo de Sennheiser, en la edición de este año. IFA 2023 para ayudar a descomponerlo.

La amortiguación del sonido es el primer paso para la cancelación de ruido

En primer lugar, lo más importante que hay que entender acerca de la cancelación de ruido es que todo tiene que ver con frecuencias, ondas sonoras y, sobre todo, física. Los sonidos viajan en ondas, que se componen de vibraciones que atraviesan el aire. Cuanto más frecuentes son estas vibraciones, mayor es la frecuencia (como sugiere el nombre), y la altura de la onda determina esencialmente la amplitud o el volumen.

Cuando se trata de sonidos de frecuencias más altas, estos tienen más dificultades para penetrar en las superficies, y esta propiedad es igual para todos los tipos de frecuencias. Si bien los sonidos en el contenido destinado al consumo humano generalmente nunca superan los 20 kHz (ya que ese es el límite del rango de audición humana), mmWave 5G, por ejemplo, Por lo general, llega a 40 GHz. A 40 GHz, mmWave tiene problemas para penetrar todo tipo de superficies, por lo que es un espectro de señal que se encuentra predominantemente en exteriores. ciudades importantes.

Teniendo en cuenta esa comprensión de la dificultad de los sonidos de alta frecuencia al penetrar superficies, es por eso que muchos auriculares de alta gama con cancelación activa de ruido utilizan copas gruesas y suaves. Si bien los sonidos de frecuencia más baja pueden penetrar estos con facilidad, los sonidos de frecuencia más alta serán filtrados en gran medida por una superficie gruesa como estas. Esta técnica se llama amortiguación de sonido y no cancelación activa de ruido.

Física de la interferencia destructiva.

Cuando se combinan dos ondas coherentes (en pocas palabras, similares), esto se llama interferencia. Si se combinan para amplificar la onda, entonces se trata de una interferencia constructiva, pero si se cancelan entre sí, se llama interferencia destructiva. El concepto de interferencia destructiva es una pieza enorme del rompecabezas de la cancelación activa de ruido.

Echando un vistazo a la imagen de arriba, observe que la línea superior es una combinación de las dos ondas debajo de ella. A la izquierda, ambas señales están en fase, por lo que se amplifican y, como resultado, crean una onda más fuerte. A la derecha, una anti-onda desfasada produce una interferencia destructiva. En un contexto de audio, una señal sería una onda de sonido exterior, y la anti-onda generada para destruirla se reproduciría a través de los auriculares del usuario que escucha música.

Si ese es el caso, ¿por qué todavía escuchas audio desde fuera de tus auriculares? Algunos sonidos se eliminan por completo, pero nunca hay un par perfecto de auriculares con cancelación de ruido. Nuevamente, por razones similares, se trata sólo de física. Aquí es donde entran en juego los micrófonos en el exterior de los auriculares cuando se trata de cancelación de ruido y la diferencia entre ANC de "retroalimentación" y "retroalimentación".

ANC de retroalimentación versus ANC de retroalimentación

Hay dos tipos diferentes de ANC que se utilizan en los auriculares, y Ern me dice que casi todos los auriculares emblemáticos utilizarán una combinación de ambos. Feedfoward escuchará el audio fuera de los auriculares e intentará cancelarlo, mientras que la retroalimentación ANC tendrá micrófonos dentro de las copas y escuche la diferencia entre el interior de los auriculares y el sonido de lo que debería estar jugando.

Feedforward ANC es particularmente interesante, ya que muestra el trabajo especializado que implica la creación de auriculares con cancelación de ruido. En esencia, una onda de sonido que ingresa al auricular ingresará a uno de los micrófonos y, en los milisegundos que tarda ese sonido. onda llegue a tu oído (ya que el micrófono está a unos centímetros de distancia), intentará procesar esa onda sonora y generar una anti-ola. Para los sonidos que se encuentran frente al micrófono, funciona bien en solo milisegundos, pero para los sonidos que se encuentran por encima y por debajo de él. no, ya que no ingresan directamente al micrófono y pueden llegar al oído antes de que puedan cancelarse afuera. Es por eso que la ANC con retroalimentación puede cerrar las brechas.

Con retroalimentación ANC, utiliza micrófonos en el interior del auricular para medir la diferencia entre lo que debería reproducirse y lo que realmente se puede escuchar dentro del auricular. Cuando el sonido del exterior llega a este micrófono, el oyente ya lo escucha, pero puede usarse para eliminar ruidos constantes, como el zumbido de un avión u otras cosas. Sin embargo, no puede ayudar con los ruidos repentinos, por lo que es mejor una combinación de retroalimentación versus retroalimentación.

Como nota al margen, ¿alguna vez te has frotado los dedos en la parte exterior de tus auriculares y has oído un ruido agudo? Feedforward ANC es exactamente la razón por la que esto sucede, y la gama alta verdaderos auriculares inalámbricos con ANC son esencialmente la misma configuración que auriculares de alta gama, solo que en una escala menor.

Reuniéndolo todo

Cuando combinamos la cancelación activa de ruido feedforward y feedback, obtenemos una poderosa combinación capaz de cancelar sonidos de baja frecuencia con gran consistencia. Por eso también los auriculares con cancelación activa de ruido son excelentes para filtrar el sonido de cosas como el público. transporte y otros ruidos constantes porque son sonidos predecibles que la retroalimentación ANC puede predecir con éxito y eliminar. Combinando eso con las propiedades de amortiguación del sonido de auriculares más gruesos que funcionan bien en niveles más altos frecuencias, y tienes toda la tecnología que constituye la gran mayoría de los sistemas de cancelación activa de ruido. hoy.

Donde esto todavía falla es en el filtrado del habla y por qué la cancelación activa de ruido puede tener problemas. El rango de 1 kHz a 3 kHz es donde reside la mayor parte del habla humana, y esto es lo suficientemente alto como para que sea más difícil cancelar la retroalimentación ANC, pero demasiado direccional para funcionar bien con la retroalimentación ANC. Combinarlos introduce mucha complejidad (razón por la cual normalmente los auriculares de gama media a baja solo usan una de estas técnicas y no ambas) y también puede influir en la calidad del sonido.

En este caso, Ern me dice que se puede priorizar los auriculares o audífonos en cuanto a calidad de sonido o ANC, pero no siempre ambas cosas. El sonido debe sintonizarse para cuando ANC esté activado, pero si eliminas frecuencias que se pueden escuchar desde el exterior, corres el riesgo de eliminar también frecuencias en tu música real. Por eso la cancelación de ruido es una proeza de ingeniería tan complicada, pero el mejores auriculares ANC todos lo hacen muy bien.