Mis on aktiivne mürasummutus?

Kui olete kunagi mõelnud, mis on aktiivne mürasummutus, siis olete jõudnud õigesse kohta.

Aktiivne mürasummutus on kõrvaklappide ja kõrvaklappide ihaldatud funktsioon ja seda mõjuval põhjusel. See eemaldab teie kuulamiskogemusest palju välist müra, muutes selle nii oluliselt rahulikumaks kui ka lihtsamaks kuulamise madalama helitugevusega. Kuidas aga mürasummutus töötab sellistes kõrvaklappides nagu Sennheiser Momentum 4 juhtmeta ja Sony WH-1000XM5 on paljudele mõistatus. Istusime selle aasta üritusel Sennheiseri tarbijakõrvaklappide peamise tootejuhi Christian Erniga. IFA 2023 et aidata seda lagundada.

Helisummutus on esimene samm mürasummutamiseks

Esiteks ja kõige tähtsam on mürasummutuse puhul mõista, et see kõik on seotud sageduste, helilainete ja ennekõike füüsikaga. Helid levivad lainetena, mis koosnevad õhku läbivatest vibratsioonidest. Mida sagedamini need vibratsioonid on, seda suurem on sagedus (nagu nimigi ütleb) ja laine kõrgus määrab sisuliselt amplituudi või helitugevuse.

Kõrgema sagedusega helide puhul on neil raskem pindu tungida ja see omadus kehtib igat tüüpi sageduste puhul. Kui inimeste tarbimiseks mõeldud sisu helid ei ületa tavaliselt kunagi 20 kHz (kuna see on inimese kuulmisulatuse piir), siis näiteks mmWave 5G ulatub tavaliselt 40 GHz-ni. Sagedusel 40 GHz on mmWave'il raskusi igasuguste pindade tungimisega, mistõttu on see signaalispekter, mida leidub peamiselt õues. suuremad linnad.

Arvestades seda arusaama kõrgsageduslike helide raskusest pindade läbitungimisel, on see põhjus, miks paljud aktiivse mürasummutusega tipptasemel kõrvaklapid kasutavad pakse ja pehmeid tasse. Kuigi madalama sagedusega helid pääsevad nendest hõlpsalt läbi, filtreerivad kõrgema sagedusega helid suurel määral paksu pinnaga nagu need. Seda tehnikat nimetatakse heli summutamiseks, mitte aktiivseks mürasummutuseks.

Destruktiivsete häirete füüsika

Kui kaks koherentset (lihtsamalt öeldes sarnast) lainet ühinevad, nimetatakse seda interferentsiks. Kui need kombineerivad lainet võimendada, on see konstruktiivne interferents, aga kui nad üksteist kustutavad, siis nimetatakse seda destruktiivseteks häireteks. Destruktiivsete häirete kontseptsioon on suur osa aktiivsest mürasummutusest.

Allikas: Vikipeedia
Allikas: Vikipeedia

Ülaltoodud pilti vaadates pange tähele, et ülemine joon on kahe selle all oleva laine kombinatsioon. Vasakul on mõlemad signaalid faasis, nii et nad võimendavad ja tekitavad selle tulemusena tugevama laine. Paremal on faasiväline antilaine, mis põhjustab hävitavaid häireid. Heli kontekstis oleks üheks signaaliks väline helilaine ja selle hävitamiseks genereeritud antilaine esitatakse muusikat kuulava kandja kõrvaklappide kaudu.

Kui see nii on, siis miks kuulete endiselt heli väljastpoolt kõrvaklappe? Mõned helid eemaldatakse täielikult, kuid täiuslikku mürasummutavate kõrvaklappide paari pole kunagi olemas. Jällegi, sarnastel põhjustel on see kõik ainult füüsikas. See on koht, kus kõrvaklappide välisküljel olevad mikrofonid hakkavad mängima, kui rääkida mürasummutusest ning erinevusest edasi- ja tagasisaatmise ANC vahel.

Edasisuunaline ANC versus tagasiside ANC

Kõrvaklappides kasutatakse kahte erinevat tüüpi ANC-d ja Ern ütleb mulle, et peaaegu kõik lipulaevade kõrvaklapid kasutavad nende mõlema kombinatsiooni. Feedfoward kuulab heli väljaspool kõrvaklappe ja proovib selle välja lülitada, samas kui tagasiside ANC annab mikrofonid tasside sees ja kuulata, mis vahe on kõrvaklappide sisemuse ja mille heli vahel peaks mängima.

Feedforward ANC on eriti huvitav, kuna see näitab spetsiaalset tööd mürasummutavate kõrvaklappide loomisel. Sisuliselt siseneb kõrvaklappi sisenev helilaine ühte mikrofoni ja millisekundite jooksul, mis selle heli jaoks kulub laine teie kõrvani jõudmiseks (kuna mikrofon on mõne sentimeetri kaugusel), proovib see seda helilainet töödelda ja tekitada lainevastane. Mikrofoni poole suunatud helide puhul töötab see hästi vaid millisekunditega, kuid helide puhul, mis on mikrofoni poole suunatud ei, kuna need ei sisene otse mikrofoni ja võivad jõuda kõrvani enne, kui neid saab tühistada välja. Seetõttu võib tagasiside ANC lüngad täita.

Tagasiside ANC abil kasutab see kõrvaklapi siseküljel asuvaid mikrofone, et mõõta erinevust selle vahel, mis peaks mängima ja mida tegelikult kuulda saab. Kui väljast tulev heli selle mikrofonini jõuab, kuuleb seda juba kuulaja, kuid seda saab kasutada pideva müra, näiteks lennuki sumina või muude asjade eemaldamiseks. Kuid see ei aita äkiliste mürade korral, mistõttu on parim kombinatsioon edasisuunamisest ja tagasisidest.

Vahemärkusena, kas olete kunagi hõõrunud sõrmi kõrvaklappide välispinda ja kuulnud kõrget müra? Feedforward ANC on just põhjus, miks see juhtub, ja tipptasemel tõelised juhtmevabad kõrvaklapid ANC-ga on sisuliselt samad seadistused, mis tipptasemel kõrvaklapid, lihtsalt väiksemas mahus.

Viies selle kõik kokku

Kui kombineerime edasi- ja tagasiside aktiivse mürasummutuse, saame võimsa kombinatsiooni, mis suudab madalama sagedusega helisid suurepärase järjepidevusega kustutada. See on ka põhjus, miks aktiivse mürasummutusega kõrvaklapid filtreerivad suurepäraselt välja näiteks avaliku heli transport ja muud pidevad mürad, sest need on etteaimatavad helid, mida tagasiside ANC suudab edukalt ennustada ja eemaldada. Kombineerides selle paksemate kõrvaklappide helisummutavate omadustega, mis töötavad hästi kõrgemal sagedused ja teil on kogu tehnoloogia, mis moodustab suurema osa aktiivsest mürasummutusest täna.

See, kus see ikka veel laguneb, on kõne välja filtreerimine ja miks aktiivne mürasummutamine võib vaeva näha. Vahemik 1kHz kuni 3kHz on koht, kus enamik inimkõnesid on ja see on täpselt piisavalt kõrge, et tagasiside ANC-d oleks raskem tühistada, kuid liiga suunatav, et edasisuunalise ANC-ga hästi töötada. Nende kombineerimine tekitab palju keerukust (sellepärast võivad keskmise ja madala kvaliteediga kõrvaklapid tavaliselt kasutada ainult ühte neist tehnikatest, mitte mõlemat) ja võivad mõjutada ka helikvaliteeti.

Sel juhul ütleb Ern mulle, et kõrvaklappe või kõrvaklappe saab eelistada helikvaliteedi või ANC jaoks, kuid mitte alati mõlemat. Heli tuleb häälestada, kui ANC on sisse lülitatud, kuid kui eemaldate sagedusi, mida on kuulda väljastpoolt, on oht, et eemaldate sagedusi ka oma tegelikust muusikast. Sellepärast on mürasummutus nii keeruline inseneritöö, kuid parimad ANC kõrvaklapid kõik saavad sellega väga hästi hakkama.