Kas yra aktyvus triukšmo slopinimas?

Aktyvus triukšmo slopinimas yra labai geidžiama ausinių ir ausinių funkcija ir dėl geros priežasties. Jis pašalina daug išorinio triukšmo iš jūsų klausymosi patirties, todėl bus daug taikesnis ir lengviau klausytis esant mažesniam garsui. Tačiau kaip triukšmo slopinimas veikia tokiose ausinėse kaip Sennheiser Momentum 4 Wireless ir Sony WH-1000XM5 daugeliui yra šiek tiek paslaptis. Šių metų renginyje susitikome su Christianu Ernu, pagrindiniu „Sennheiser“ vartotojų ausinių vadovu. IFA 2023 kad padėtų jį sugriauti.

Garso slopinimas yra pirmasis triukšmo slopinimo žingsnis

Visų pirma, svarbiausias dalykas, kurį reikia suprasti apie triukšmo slopinimą, yra tai, kad visa tai susiję su dažniais, garso bangomis ir, svarbiausia, fizika. Garsai sklinda bangomis, kurias sudaro virpesiai, sklindantys per orą. Kuo dažnesnės šios vibracijos, tuo didesnis dažnis (kaip rodo pavadinimas), o bangos aukštis iš esmės lemia amplitudę arba garsumą.

Kai kalbama apie aukštesnio dažnio garsus, jie sunkiau prasiskverbia į paviršius, ir ši savybė tinka visų tipų dažniams. Nors žmonėms skirtame turinyje garsai paprastai niekada neviršija 20 kHz (nes tai yra žmogaus klausos diapazono riba), pvz., mmWave 5G, paprastai pasiekia 40 GHz. Esant 40 GHz dažniui, mmWave sunkiai prasiskverbia į visų rūšių paviršius, todėl tai yra signalo spektras, dažniausiai randamas lauke didieji miestai.

Atsižvelgiant į tai, kad aukšto dažnio garsai prasiskverbia į paviršius, todėl daugelis aukščiausios klasės ausinių su aktyviu triukšmo slopinimu naudoja storus, minkštus kaušelius. Nors žemesnio dažnio garsai gali lengvai prasiskverbti į juos, aukštesnio dažnio garsai bus labai filtruojami tokiu storu paviršiumi, kaip šis. Ši technika vadinama garso slopinimu, o ne aktyviu triukšmo slopinimu.

Destruktyvių trukdžių fizika

Kai susijungia dvi koherentinės (paprasčiau tariant, panašios) bangos, tai vadinama trukdžiais. Jei jie kartu sustiprina bangą, tai yra konstruktyvūs trukdžiai, bet jei jie panaikina vienas kitą, tai vadinama destruktyviais trukdžiais. Destruktyvių trukdžių sąvoka yra didžiulė aktyvaus triukšmo slopinimo dėlionės dalis.

Žvelgdami į aukščiau pateiktą vaizdą, atkreipkite dėmesį, kad viršutinė linija yra dviejų žemiau esančių bangų derinys. Kairėje pusėje abu signalai yra fazėje, todėl jie sustiprina ir sukuria stipresnę bangą. Dešinėje pusėje esanti nefazinė anti-banga sukelia destruktyvius trukdžius. Garso kontekste vienas signalas būtų išorinė garso banga, o ją sunaikinti sukuriama antibanga būtų leidžiama per muzikos klausančio naudotojo ausines.

Jei taip, kodėl vis tiek girdite garsą ne iš ausinių? Kai kurie garsai visiškai pašalinami, tačiau niekada nėra tobulos triukšmą slopinančių ausinių poros. Vėlgi, dėl panašių priežasčių viskas susiję tik su fizika. Čia veikia ausinių išorėje esantys mikrofonai, kai kalbama apie triukšmo slopinimą ir skirtumą tarp „tiekimo pirmyn“ ir „grįžtamo ryšio“ ANC.

Grįžtamojo ryšio ANC ir grįžtamojo ryšio ANC

Ausinėse naudojami du skirtingi ANC tipai, ir Ernas man sako, kad beveik visose pavyzdinėse ausinėse bus naudojamas abiejų šių tipų derinys. „Feedfoward“ klausys garso ne per ausines ir bandys jį atšaukti, o grįžtamasis ryšys ANC turės mikrofonus puodelių viduje ir įsiklausykite į skirtumą tarp ausinių vidaus ir garso turėtų žaisti.

„Feedforward ANC“ yra ypač įdomus, nes parodo specialų darbą kuriant triukšmą slopinančias ausines. Iš esmės garso banga, patenkanti į ausies kaušelį, pateks į vieną iš mikrofonų, o per milisekundes tam garsui reikia banga, kad pasiektų ausį (kadangi mikrofonas yra už kelių centimetrų), jis bandys apdoroti tą garso bangą ir generuoti anti-banga. Garsams, sklindantiems prieš mikrofoną, jis gerai veikia vos per milisekundes, tačiau garsus virš ir žemiau jo ne, nes jie tiesiogiai nepatenka į mikrofoną ir gali pasiekti ausį prieš juos atšaukiant išeiti. Štai kodėl grįžtamasis ryšys ANC gali užpildyti spragas.

Naudodamas grįžtamąjį ryšį ANC, jis naudoja mikrofonus, esančius ausinės gaubtelio viduje, kad išmatuotų skirtumą tarp to, kas turėtų groti, ir to, kas iš tikrųjų girdima ausinės viduje. Kai garsas iš išorės pasiekia šį mikrofoną, jį jau girdi klausytojas, tačiau juo galima pašalinti nuolatinius triukšmus, tokius kaip lėktuvo ūžesys ar kiti dalykai. Tačiau tai negali padėti esant staigiems triukšmams, todėl geriausias yra persiuntimo ir grįžtamojo ryšio derinys.

Pastaba: ar kada nors trynėte pirštais ausinių ar ausinių išorę ir girdėjote aukštą triukšmą? „Feedforward ANC“ yra būtent priežastis, kodėl taip nutinka, ir aukščiausios klasės tikros belaidės ausinės su ANC iš esmės yra tokia pati sąranka kaip aukščiausios klasės ausinės, tik mažesniu mastu.

Viską sujungus

Kai sujungiame aktyvųjį triukšmo slopinimą ir grįžtamąjį ryšį, gauname galingą derinį, galintį labai nuosekliai panaikinti žemesnio dažnio garsus. Štai kodėl aktyvios triukšmą slopinančios ausinės puikiai išfiltruoja tokių dalykų kaip viešas garsus transporto ir kiti nuolatiniai triukšmai, nes tai yra nuspėjami garsai, kuriuos grįžtamasis ryšys ANC gali sėkmingai numatyti ir pašalinti. Sujungiant tai su garsą slopinančiomis savybėmis storesnių ausinių kaušeliais, kurie puikiai tinka aukštesnėms dažnius, ir jūs turite visas technologijas, kurios sudaro didžiąją dalį aktyvaus triukšmo slopinimo šiandien.

Tai vis dar byra, yra kalbos filtravimas ir kodėl gali kilti problemų dėl aktyvaus triukšmo slopinimo. Nuo 1 kHz iki 3 kHz yra daugiausia žmonių kalbos, ir tai yra pakankamai aukšta, kad būtų sunkiau atšaukti grįžtamojo ryšio ANC, bet per daug kryptinga, kad gerai veiktų su grįžtamuoju ANC. Jų derinimas sukelia daug sudėtingumo (todėl paprastai vidutinės ir žemos klasės ausinės gali naudoti tik vieną iš šių metodų, o ne abu), taip pat gali turėti įtakos garso kokybei.

Šiuo atveju Ernas man sako, kad ausinėms ar ausinėms gali būti teikiama pirmenybė garso kokybei arba ANC, bet ne visada abiem. Garsą reikia sureguliuoti, kai įjungtas ANC, bet jei pašalinate iš išorės girdimus dažnius, rizikuojate pašalinti ir tikrosios muzikos dažnius. Štai kodėl triukšmo slopinimas yra toks sudėtingas inžinerijos žygdarbis, tačiau geriausios ANC ausinės visiems tai puikiai sekasi.