Cos'è la cancellazione attiva del rumore?

La cancellazione attiva del rumore è una funzionalità molto ricercata su auricolari e cuffie, e per una buona ragione. Rimuove gran parte del rumore esterno dalla tua esperienza di ascolto, rendendo l'ascolto molto più tranquillo e più facile a volumi più bassi. Tuttavia, come funziona la cancellazione del rumore su cuffie come Sennheiser Momentum 4 Wireless e il SonyWH-1000XM5 è un po' un mistero per molti. Abbiamo incontrato Christian Ern, Principal Product Manager delle cuffie consumer presso Sennheiser, all'edizione di quest'anno IFA 2023 per aiutarlo a scomporlo.

L’attenuazione del suono è il primo passo verso la cancellazione del rumore

Innanzitutto, la cosa più importante da capire sulla cancellazione del rumore è che ha tutto a che fare con le frequenze, le onde sonore e, soprattutto, con la fisica. I suoni viaggiano in onde, costituite da vibrazioni che attraversano l'aria. Quanto più frequenti sono queste vibrazioni, tanto più alta è la frequenza (come suggerisce il nome) e l'altezza dell'onda determina essenzialmente l'ampiezza o il volume.

Quando si tratta di suoni ad alta frequenza, questi hanno più difficoltà a penetrare nelle superfici e questa proprietà è la stessa per tutti i tipi di frequenze. Mentre i suoni nei contenuti destinati al consumo da parte degli esseri umani in genere non supereranno mai i 20kHz (poiché questo è il limite della portata dell'udito umano), mmWave 5G, ad esempio, in genere arriva fino a 40GHz. A 40 GHz, mmWave ha difficoltà a penetrare tutti i tipi di superfici, motivo per cui è uno spettro di segnali che si trova prevalentemente all'aperto in principali città.

Considerando la difficoltà dei suoni ad alta frequenza di penetrare nelle superfici, ecco perché molte cuffie di fascia alta con cancellazione attiva del rumore utilizzano coppe spesse e morbide. Mentre i suoni a frequenza più bassa possono penetrarli facilmente, i suoni a frequenza più alta verranno notevolmente filtrati da una superficie spessa come questa. Questa tecnica è chiamata smorzamento del suono e non cancellazione attiva del rumore.

Fisica dell'interferenza distruttiva

Quando due onde coerenti (per dirla semplicemente, simili) si combinano, si parla di interferenza. Se si combinano per amplificare l'onda, si parla di interferenza costruttiva, ma se si annullano a vicenda, si parla di interferenza distruttiva. Il concetto di interferenza distruttiva è un pezzo enorme del puzzle della cancellazione attiva del rumore.

Dando un'occhiata all'immagine sopra, nota che la linea superiore è una combinazione delle due onde sottostanti. A sinistra, entrambi i segnali sono in fase, quindi si amplificano e di conseguenza creano un'onda più forte. A destra, un'anti-onda sfasata provoca un'interferenza distruttiva. In un contesto audio, un segnale sarebbe un'onda sonora esterna e l'anti-onda generata per distruggerla verrebbe riprodotta attraverso le cuffie di chi lo indossa mentre ascolta la musica.

Se è così, allora perché senti ancora l'audio dall'esterno delle cuffie? Alcuni suoni vengono rimossi completamente, ma non esiste mai un paio di cuffie con cancellazione del rumore perfette. Ancora una volta, per ragioni simili, è tutta una questione di fisica. È qui che entrano in gioco i microfoni all'esterno delle cuffie quando si tratta di cancellazione del rumore e di differenza tra ANC "feed-forward" e "feed-back".

ANC feedforward contro ANC feedback

Esistono due diversi tipi di ANC in uso nelle cuffie ed Ern mi dice che praticamente tutte le cuffie di punta utilizzeranno una combinazione di entrambi. Feedfoward ascolterà l'audio all'esterno delle cuffie e proverà a cancellarlo, mentre avrà feedback ANC microfoni all'interno delle coppe e ascolta la differenza tra l'interno delle cuffie e il suono di cosa Dovrebbe giocare.

Feedforward ANC è particolarmente interessante, poiché mostra il lavoro specializzato necessario alla creazione di cuffie con cancellazione del rumore. In sostanza, un'onda sonora che entra nel padiglione auricolare entrerà in uno dei microfoni e nei millisecondi necessari per riprodurre quel suono onda per raggiungere il tuo orecchio (poiché il microfono è a pochi centimetri di distanza), proverà a elaborare quell'onda sonora e generare un anti-onda. Per i suoni rivolti verso il microfono, funziona bene in soli millisecondi, ma per i suoni sopra e sotto di esso no, poiché non entrano direttamente nel microfono e potrebbero raggiungere l'orecchio prima di poter essere cancellati fuori. Ecco perché il feedback ANC può colmare le lacune.

Con il feedback ANC, utilizza i microfoni all'interno del padiglione auricolare per misurare la differenza tra ciò che dovrebbe essere riprodotto e ciò che effettivamente può essere ascoltato all'interno del padiglione auricolare. Quando il suono proveniente dall'esterno raggiunge questo microfono, viene già sentito dall'ascoltatore, ma può essere utilizzato per eliminare rumori costanti, come il ronzio di un aereo o altro. Tuttavia, non può essere d'aiuto in caso di rumori improvvisi, motivo per cui è migliore una combinazione di feedforward e feedback.

Come nota a margine, ti è mai capitato di strofinare le dita sulla parte esterna degli auricolari o delle cuffie e di sentire un rumore acuto? L'ANC feedforward è esattamente il motivo per cui ciò accade, ed è di fascia alta auricolari true wireless con ANC sono essenzialmente la stessa configurazione di cuffie di fascia alta, solo su scala più piccola.

Mettendo tutto insieme

Quando combiniamo la cancellazione attiva del rumore feedforward e feedback, otteniamo una potente combinazione in grado di cancellare i suoni a frequenza più bassa con grande coerenza. Questo è anche il motivo per cui le cuffie con cancellazione attiva del rumore sono ottime per filtrare il suono di cose come il pubblico trasporti e altri rumori costanti perché sono suoni prevedibili che il feedback ANC può prevedere con successo e rimuovere. Combinandolo con le proprietà di smorzamento del suono dei padiglioni più spessi che funzionano bene su livelli più alti frequenze e hai tutta la tecnologia che costituisce la stragrande maggioranza della cancellazione attiva del rumore Oggi.

Il punto in cui tutto questo fallisce è il filtraggio del parlato e il motivo per cui la cancellazione attiva del rumore può avere difficoltà. L'intervallo compreso tra 1kHz e 3kHz è quello in cui risiede la maggior parte del parlato umano, e questo è abbastanza alto da essere più difficile da annullare per il feedback ANC, ma troppo direzionale per funzionare bene con l'ANC feedforward. La loro combinazione introduce molta complessità (motivo per cui in genere le cuffie di fascia medio-bassa possono utilizzare solo una di queste tecniche e non entrambe) e può anche influenzare la qualità del suono.

In questo caso, Ern mi dice che è possibile dare la priorità alle cuffie o agli auricolari per la qualità del suono o per l'ANC, ma non sempre per entrambi. Il suono deve essere sintonizzato per quando l'ANC è attivo, ma se rimuovi le frequenze che possono essere ascoltate dall'esterno, corri il rischio di rimuovere anche le frequenze nella tua musica reale. Ecco perché la cancellazione del rumore è un'impresa ingegneristica così complicata, ma... le migliori cuffie ANC se la cavano tutti molto bene.