Što je aktivno poništavanje buke?

Aktivno uklanjanje buke vrlo je tražena značajka na slušalicama i slušalicama, i to s dobrim razlogom. Uklanja mnogo vanjske buke iz vašeg doživljaja slušanja, čineći ga znatno mirnijim i lakšim za slušanje pri nižim glasnoćama. Međutim, kako poništavanje buke radi na slušalicama poput Sennheiser Momentum 4 bežični i Sony WH-1000XM5 mnogima je pomalo misterij. Sjedili smo s Christianom Ernom, glavnim voditeljem proizvoda za potrošačke slušalice u Sennheiseru, na ovogodišnjem IFA 2023 pomoći da se razgradi.

Prigušivanje zvuka prvi je korak u potiskivanju buke

Prvo i najvažnije, najvažnija stvar koju treba razumjeti o poništavanju buke je da sve to ima veze s frekvencijama, zvučnim valovima, a najviše od svega, fizikom. Zvukovi putuju u valovima koji se sastoje od vibracija koje prolaze kroz zrak. Što su te vibracije češće, to je veća frekvencija (kao što ime sugerira), a visina vala u biti određuje amplitudu ili glasnoću.

Kada se radi o zvukovima viših frekvencija, oni teže prodiru kroz površine, a ovo je svojstvo jednako za sve vrste frekvencija. Dok zvukovi u sadržaju namijenjenom konzumiranju ljudi obično nikada neće prelaziti 20 kHz (jer je to granica ljudskog čujnog raspona), mmWave 5G, na primjer, obično ide do 40 GHz. Na 40GHz, mmWave ima problema s probijanjem svih vrsta površina, zbog čega je to spektar signala koji se uglavnom nalazi na otvorenom u veliki gradovi.

Uzimajući u obzir to razumijevanje teškoća prodiranja visokofrekventnih zvukova u površine, to je razlog zašto mnoge vrhunske slušalice s aktivnim uklanjanjem buke koriste debele, mekane nastavke. Dok zvukovi niže frekvencije mogu s lakoćom prodrijeti kroz njih, zvukovi viših frekvencija bit će uvelike filtrirani debelom površinom kao što je ova. Ova tehnika se zove prigušivanje zvuka, a ne aktivno poništavanje buke.

Fizika destruktivne interferencije

Kada se spoje dva koherentna (jednostavno rečeno, slična) vala, to se naziva interferencija. Ako se kombiniraju kako bi pojačali val, onda je to konstruktivna interferencija, ali ako se međusobno poništavaju, onda se to zove destruktivna interferencija. Koncept destruktivne smetnje veliki je dio slagalice aktivnog uklanjanja buke.

Gledajući gornju sliku, primijetite da je gornja linija kombinacija dva vala ispod nje. Na lijevoj strani su oba signala u fazi, pa se pojačavaju i kao rezultat stvaraju jači val. Na desnoj strani, protuval izvan faze rezultira destruktivnom interferencijom. U audio kontekstu, jedan bi signal bio vanjski zvučni val, a anti-val koji bi ga uništio puštao bi se kroz slušalice korisnika koji sluša glazbu.

Ako je to slučaj, zašto onda još uvijek čujete zvuk izvan slušalica? Neki su zvukovi potpuno uklonjeni, ali nikad nema savršenog para slušalica za uklanjanje buke. Opet, iz sličnih razloga, sve je samo fizika. Ovdje mikrofoni s vanjske strane vaših slušalica stupaju na scenu kada je u pitanju potiskivanje buke i razlika između "feed-forward" i "feed-back" ANC-a.

Feedforward ANC u odnosu na povratni ANC

Postoje dvije različite vrste ANC-a koje se koriste u slušalicama, a Ern mi kaže da će gotovo sve glavne slušalice koristiti kombinaciju oba. Feedfoward će slušati zvuk izvan slušalica i pokušati ga poništiti, dok će povratni ANC imati mikrofone unutar šalica i poslušajte razliku između unutrašnjosti slušalica i zvuka čega trebao bi igrati se.

Feedforward ANC je posebno zanimljiv, jer pokazuje specijalizirani rad u kreiranju slušalica za uklanjanje buke. U biti, zvučni val koji ulazi u slušalicu ući će u jedan od mikrofona, au milisekundama koje su potrebne za taj zvuk val do vašeg uha (budući da je mikrofon udaljen nekoliko centimetara), pokušat će obraditi taj zvučni val i generirati anti-val. Za zvukove okrenute prema mikrofonu, radi dobro u samo milisekundi, ali za zvukove iznad i ispod njega ne, jer ne ulaze izravno u mikrofon i mogu doći do uha prije nego što se ponište van. Zato povratni ANC može zatvoriti praznine.

Uz povratni ANC, koristi mikrofone na unutarnjoj strani slušalice za mjerenje razlike između onoga što bi trebalo svirati i onoga što se zapravo može čuti unutar slušalice. Kada zvuk izvana dopre do ovog mikrofona, slušatelj ga već čuje, ali se može koristiti za uklanjanje stalnih zvukova, poput zujanja zrakoplova ili drugih stvari. Međutim, ne može pomoći kod iznenadnih zvukova, zbog čega je najbolja kombinacija feedforward naspram feedbacka.

Kao usporednu napomenu, jeste li ikada protrljali prstima vanjsku stranu slušalice i čuli visoku buku? Feedforward ANC je upravo razlog zašto se to događa, i vrhunski prave bežične slušalice s ANC-om su u biti iste postavke kao vrhunske slušalice, samo u manjoj mjeri.

Sve skupa

Kada kombiniramo aktivno poništavanje buke s naprijed i povratnom spregom, dobivamo moćnu kombinaciju sposobnu poništiti nižefrekventne zvukove s velikom dosljednošću. To je i razlog zašto su slušalice s aktivnim suzbijanjem buke izvrsne u filtriranju zvukova stvari poput javnih transporta i druge stalne buke jer su to predvidljivi zvukovi koje povratni ANC može uspješno predvidjeti i ukloniti. Kombinirajući to sa svojstvima prigušivanja zvuka debljih slušalica koje dobro funkcioniraju na višim frekvencije i imate svu tehnologiju koja čini veliku većinu aktivnog potiskivanja buke danas.

Ono gdje se ovo još uvijek raspada je filtriranje govora i zašto aktivno poništavanje buke može imati poteškoća. Raspon od 1 kHz do 3 kHz mjesto je gdje se nalazi većina ljudskog govora, a to je taman dovoljno visoko da ga je ANC povratne informacije teže poništiti, ali je previše usmjeren da bi dobro funkcionirao s ANC-om s unaprijednim prijenosom. Njihovo kombiniranje unosi mnogo složenosti (zbog čega tipične slušalice srednje do niske razine mogu koristiti samo jednu od ovih tehnika, a ne obje), a također može utjecati na kvalitetu zvuka.

U ovom slučaju, Ern mi kaže da se slušalicama ili slušalicama može dati prioritet za kvalitetu zvuka ili ANC, ali ne uvijek oboje. Zvuk se mora ugoditi kada je ANC uključen, ali ako uklanjate frekvencije koje se mogu čuti izvana, riskirate uklanjanje frekvencija iu vašoj stvarnoj glazbi. Zato je uklanjanje buke tako kompliciran inženjerski pothvat, ali najbolje ANC slušalice svi jako dobro rade u tome.