Ce este anularea activă a zgomotului?

Anularea activă a zgomotului este o funcție foarte căutată pe căști și căști, și din motive întemeiate. Îndepărtează mult zgomotul exterior din experiența ta de ascultare, făcându-l atât mult mai liniștit, cât și mai ușor de ascultat la volume mai scăzute. Cu toate acestea, cum funcționează anularea zgomotului la căști precum Sennheiser Momentum 4 Wireless si Sony WH-1000XM5 este un pic de mister pentru mulți. Ne-am întâlnit cu Christian Ern, director de produs principal al căștilor de consum la Sennheiser, la evenimentul din acest an. IFA 2023 pentru a ajuta la descompunerea acestuia.

Reducerea sunetului este primul pas către anularea zgomotului

În primul rând, cel mai important lucru de înțeles despre anularea zgomotului este că toate acestea au de-a face cu frecvențele, undele sonore și, mai ales, cu fizica. Sunetele se deplasează în valuri, care sunt formate din vibrații care trec prin aer. Cu cât aceste vibrații sunt mai frecvente, cu atât frecvența este mai mare (așa cum sugerează și numele), iar înălțimea undei determină în esență amplitudinea sau volumul.

Când aveți de-a face cu sunete cu frecvență mai înaltă, acestea au mai greu să pătrundă în suprafețe, iar această proprietate este aceeași pentru toate tipurile de frecvențe. În timp ce sunetele din conținutul destinat consumului de către oameni nu vor depăși niciodată 20 kHz (deoarece aceasta este limita intervalului de auz uman), mmWave 5G, de exemplu, de obicei ajunge până la 40 GHz. La 40 GHz, mmWave are probleme cu pătrunderea pe toate tipurile de suprafețe, motiv pentru care este un spectru de semnal care se găsește predominant în aer liber în marile orașe.

Luând această înțelegere a dificultății sunetelor de înaltă frecvență pe suprafețele penetrante, acesta este motivul pentru care multe căști de ultimă generație cu anulare activă a zgomotului folosesc cupe groase și moi. În timp ce sunetele de frecvență joasă pot pătrunde cu ușurință în acestea, sunetele de frecvență mai înaltă vor fi filtrate în mare măsură de o suprafață groasă precum acestea. Această tehnică se numește amortizare a sunetului și nu anulare activă a zgomotului.

Fizica interferenței distructive

Când două valuri coerente (pentru a spune simplu, similare) se combină, aceasta se numește interferență. Dacă se combină pentru a amplifica valul, atunci aceasta este interferență constructivă, dar dacă se anulează reciproc, atunci aceasta se numește interferență distructivă. Conceptul de interferență distructivă este o piesă uriașă a puzzle-ului activ de anulare a zgomotului.

Aruncând o privire la imaginea de mai sus, rețineți că linia de sus este o combinație a celor două valuri de sub ea. În stânga, ambele semnale sunt în fază, astfel încât ele se amplifică și creează o undă mai puternică ca rezultat. În dreapta, un anti-undă defazat are ca rezultat interferențe distructive. Într-un context audio, un semnal ar fi o undă sonoră exterioară, iar anti-unda generată pentru a o distruge ar fi redată prin căștile purtătorului care ascultă muzică.

Dacă acesta este cazul, atunci de ce încă auzi audio din afara căștilor tale? Unele sunete sunt eliminate complet, dar nu există niciodată o pereche perfectă de căști cu anulare a zgomotului. Din nou, din motive similare, totul este doar despre fizică. Aici intră în joc microfoanele din exteriorul căștilor când vine vorba de anularea zgomotului și diferența dintre ANC „feed-forward” și „feed-back”.

Feedforward ANC versus feedback ANC

Există două tipuri diferite de ANC utilizate în căști, iar Ern îmi spune că aproape toate căștile emblematice vor folosi o combinație a ambelor. Feedfoward va asculta audio în afara căștilor și va încerca să îl anuleze, în timp ce feedback-ul ANC va avea microfoane în interiorul cupelor și ascultați diferența dintre interiorul căștilor și sunetul a ceea ce ar trebui să să se joace.

Feedforward ANC este deosebit de interesant, deoarece arată munca specializată care implică crearea căștilor cu anulare a zgomotului. În esență, o undă sonoră care intră în căștile urechii va intra într-unul dintre microfoane și în milisecundele necesare pentru acel sunet undă pentru a ajunge la urechea dvs. (deoarece microfonul este la câțiva centimetri distanță), va încerca să proceseze acea undă sonoră și să genereze o anti-undă. Pentru sunetele orientate spre microfon, funcționează bine în doar milisecunde, dar pentru sunetele deasupra și dedesubt nu, deoarece nu intră direct în microfon și pot ajunge la ureche înainte de a putea fi anulate afară. De aceea, feedbackul ANC poate reduce golurile.

Cu feedback ANC, folosește microfoane din interiorul căștii pentru a măsura diferența dintre ceea ce ar trebui să fie redat față de ceea ce se poate auzi de fapt în interiorul căștii. Când sunetul din exterior ajunge la acest microfon, acesta este deja auzit de ascultător, dar poate fi folosit pentru a elimina zgomotele constante, cum ar fi zumzetul unui avion sau alte lucruri. Cu toate acestea, nu poate ajuta cu zgomotele bruște, motiv pentru care o combinație de feedforward versus feedback este cea mai bună.

Ca o notă secundară, ți-ai frecat vreodată degetele pe exteriorul căștilor sau a căștilor și ai auzit un zgomot înalt? Feedforward ANC este exact motivul pentru care se întâmplă asta, și de ultimă generație căști adevărate fără fir cu ANC sunt în esență aceeași configurație ca căști high-end, doar la scară mai mică.

Adunând totul împreună

Când combinăm anularea activă a zgomotului cu feedforward și feedback, obținem o combinație puternică capabilă să anuleze sunetele de frecvență joasă cu o mare consistență. De aceea, căștile active cu anulare a zgomotului sunt excelente la filtrarea sunetului unor lucruri precum cele publice transport și alte zgomote constante, deoarece sunt sunete previzibile pe care feedbackul ANC le poate prezice cu succes și elimina. Combinând asta cu proprietățile de amortizare a sunetului ale căștilor mai groase, care funcționează bine pe mai înalte frecvențe și aveți toată tehnologia care alcătuiește marea majoritate a anulării active a zgomotului astăzi.

Acolo unde acest lucru încă se destramă este filtrarea vorbirii și motivul pentru care anularea activă a zgomotului poate avea dificultăți. Intervalul de la 1 kHz la 3 kHz este locul în care se află majoritatea vorbirii umane, iar acest lucru este suficient de mare pentru a fi mai greu pentru ca feedbackul ANC să se anuleze, dar prea direcțional pentru a funcționa bine cu feedforward ANC. Combinarea lor introduce multă complexitate (de aceea, căștile de tip mediu până la low-end pot folosi doar una dintre aceste tehnici și nu ambele) și poate influența și calitatea sunetului.

În acest caz, Ern îmi spune că căștile sau căștile pot fi prioritizate pentru calitatea sunetului sau ANC, dar nu întotdeauna ambele. Sunetul trebuie reglat pentru când ANC este activat, dar dacă eliminați frecvențele care pot fi auzite din exterior, riscați să eliminați și frecvențele din muzica dvs. reală. De aceea, anularea zgomotului este o faptă atât de complicată a ingineriei, dar cele mai bune căști ANC toți se descurcă foarte bine.