מהו ביטול רעשים אקטיבי?

ביטול רעשים אקטיבי הוא תכונה מבוקשת במיוחד באוזניות ובאוזניות, ומסיבה טובה. זה מסיר הרבה רעש חיצוני מחוויית ההאזנה שלך, מה שהופך אותו לשלווה משמעותית וקל יותר להאזין בעוצמת קול נמוכה יותר. עם זאת, כיצד פועל ביטול רעשים באוזניות כמו Sennheiser Momentum 4 Wireless וה סוני WH-1000XM5 הוא קצת תעלומה עבור רבים. ישבנו עם כריסטיאן ארן, מנהל מוצר ראשי של אוזניות לצרכן בסנהייזר, השנה IFA 2023 לעזור לפרק אותו.

שיכוך הקול הוא הצעד הראשון לביטול רעשים

בראש ובראשונה, הדבר החשוב ביותר שיש להבין לגבי ביטול רעשים הוא שכל זה קשור לתדרים, גלי קול, ובעיקר לפיזיקה. צלילים נעים בגלים, המורכבים מרעידות העוברות באוויר. ככל שהרעידות הללו תכופות יותר, כך התדירות גבוהה יותר (כפי שהשם מרמז), וגובה הגל קובע בעצם את המשרעת או העוצמה.

כאשר עוסקים בצלילים בתדר גבוה יותר, אלה מתקשים יותר לחדור למשטחים, והתכונה הזו מתאימה לכל סוגי התדרים. בעוד שצלילים בתוכן המכוונים לצריכה על ידי בני אדם בדרך כלל לעולם לא יעברו את 20kHz (כיוון שזהו הגבול של טווח השמיעה האנושי), mmWave 5G, למשל, בדרך כלל מגיע עד 40GHz. ב-40GHz, mmWave מתקשה לחדור לכל מיני משטחים, וזו הסיבה שזהו ספקטרום אותות שנמצא בעיקר בחוץ ב ערים גדולות.

בהתחשב בהבנה הזו של הקושי של צלילים בתדר גבוה במשטחים חודרים, זו הסיבה שהרבה אוזניות יוקרתיות עם ביטול רעשים אקטיבי משתמשות בכוסות עבות ורכות. בעוד שצלילים בתדר נמוך יותר יכולים לחדור אליהם בקלות, צלילים בתדר גבוה יותר יסוננו מאוד על ידי משטח עבה כמו אלה. טכניקה זו נקראת שיכוך קול, ולא ביטול רעשים אקטיבי.

פיזיקה של התערבות הרסנית

כאשר שני גלים קוהרנטיים (בניסוח פשוט, דומים) מתחברים, זה נקרא הפרעה. אם הם משתלבים כדי להגביר את הגל, אז זו הפרעה בונה, אבל אם הם מבטלים זה את זה, אז זה נקרא הפרעה הרסנית. הרעיון של הפרעות הרסניות הוא חלק ענק מהפאזל הפעיל של ביטול רעשים.

בהתבוננות בתמונה למעלה, שימו לב שהקו העליון הוא שילוב של שני הגלים שמתחתיו. בצד שמאל, שני האותות נמצאים בשלב, ולכן הם מתגברים ויוצרים גל חזק יותר כתוצאה מכך. בצד ימין, אנטי-גל מחוץ לפאזה מביא להפרעות הרסניות. בהקשר של אודיו, אות אחד יהיה גל קול חיצוני, והאנטי-גל שנוצר כדי להרוס אותו יושמע דרך האוזניות של הלובש אותו מאזין למוזיקה.

אם זה המקרה, אז למה אתה עדיין שומע אודיו מחוץ לאוזניות שלך? חלק מהצלילים מוסרים לחלוטין, אבל אף פעם אין זוג מושלם של אוזניות ביטול רעשים. שוב, מסיבות דומות, הכל רק על פיזיקה. זה המקום שבו המיקרופונים בחלק החיצוני של האוזניות שלכם נכנסים לתמונה בכל הנוגע לביטול רעשים וההבדל בין "הזנה קדימה" ו"משוב" ANC.

משוב ANC מול משוב ANC

ישנם שני סוגים שונים של ANC בשימוש באוזניות, וארן אומר לי שכמעט כל אוזניות הדגל ישתמשו בשילוב של שניהם. Feedfoward יקשיב לאודיו מחוץ לאוזניות וינסה לבטל אותו, בעוד לפידבק ANC יהיה מיקרופונים בתוך הכוסות ותקשיבו להבדיל בין החלק הפנימי של האוזניות לסאונד של מה צריך לשחק.

Feedforward ANC מעניין במיוחד, מכיוון שהוא מראה את העבודה המיוחדת שעוסקת ביצירת אוזניות ביטול רעשים. בעצם, גל קול שנכנס לכוס האוזן ייכנס לאחד המיקרופונים, ובמילישניות שלוקח לצליל הזה גל כדי להגיע לאוזן שלך (כיוון שהמיקרופון נמצא במרחק של כמה סנטימטרים), הוא ינסה לעבד את גל הקול הזה וליצור נגד גל. עבור צלילים הפונים למיקרופון, הוא עובד היטב תוך אלפיות שניות בלבד, אך עבור צלילים מעליו ומתחתיו לא, מכיוון שהם לא נכנסים ישירות למיקרופון ועשויים להגיע לאוזן לפני שניתן יהיה לבטל אותם הַחוּצָה. לכן פידבק ANC יכול לסגור את הפערים.

עם משוב ANC, הוא משתמש במיקרופונים בחלק הפנימי של כיסוי האוזניים כדי למדוד את ההבדל בין מה שצריך לנגן לעומת מה שבאמת ניתן לשמוע בתוך כיסוי האוזניים. כאשר הצליל מבחוץ מגיע למיקרופון הזה, הוא כבר נשמע על ידי המאזין, אך ניתן להשתמש בו כדי להסיר רעשים קבועים, כמו זמזום של מטוס או דברים אחרים. עם זאת, זה לא יכול לעזור עם רעשים פתאומיים, וזו הסיבה ששילוב של feedforward לעומת משוב הוא הטוב ביותר.

כהערת צד, האם אי פעם שפשפת את האצבעות בחלק החיצוני של האוזניות או האוזניות ושמעת רעש גבוה? Feedforward ANC היא בדיוק הסיבה שזה קורה, וגבוהה אוזניות אלחוטיות אמיתיות עם ANC הם בעצם אותה הגדרה כמו אוזניות ברמה גבוהה, רק בקנה מידה קטן יותר.

מאחד את הכל ביחד

כאשר אנו משלבים ביטול רעשים אקטיבי של FeedForward ומשוב, אנו מקבלים שילוב רב עוצמה המסוגל לבטל צלילים בתדר נמוך בעקביות רבה. זו גם הסיבה שאוזניות ביטול רעשים אקטיביות מעולות בסינון הצליל של דברים כמו ציבוריים תחבורה ורעשים קבועים אחרים מכיוון שהם צלילים צפויים שמשוב ANC יכול לחזות בהצלחה לְהַסִיר. שילוב של זה עם תכונות שיכוך הקול של כיסויי אוזניים עבים יותר שעובדים היטב על גבוהים יותר תדרים, ויש לך את כל הטכנולוגיה שמהווה את הרוב המכריע של ביטול רעשים אקטיבי היום.

המקום שבו זה עדיין מתפרק הוא סינון הדיבור, ומדוע ביטול רעשים אקטיבי יכול להיאבק. הטווח של 1kHz עד 3kHz הוא המקום שבו רוב הדיבור האנושי שוכן, וזה רק גבוה מספיק כדי להיות קשה יותר עבור המשוב ANC לבטל אבל כיווני מכדי לעבוד טוב עם feedforward ANC. השילוב ביניהם מכניס מורכבות רבה (וזו הסיבה שבדרך כלל אוזניות מקצה בינוני עד נמוך עשויות להשתמש רק באחת מהטכניקות הללו ולא בשתיהן), ויכולה גם להשפיע על איכות הצליל.

במקרה זה, ארן אומר לי שניתן לתעדף אוזניות או אוזניות לאיכות צליל או ANC, אבל לא תמיד שניהם. יש לכוון את הסאונד עבור כאשר ANC פועל, אבל אם אתה מסיר תדרים שניתן לשמוע מבחוץ, אתה מסתכן גם בהסרת תדרים במוזיקה שלך בפועל. זו הסיבה שביטול רעשים הוא הישג כה מסובך של הנדסה, אבל אוזניות ANC הטובות ביותר כולם מצליחים בזה מאוד.