Что такое активное шумоподавление?

Активное шумоподавление — наиболее востребованная функция в наушниках и наушниках, и не зря. Он удаляет много внешнего шума из вашего опыта прослушивания, делая его значительно более спокойным и легким для прослушивания на более низкой громкости. Однако как работает шумоподавление в таких наушниках, как Sennheiser Momentum 4 беспроводной и Сони WH-1000XM5 для многих является загадкой. В этом году мы встретились с Кристианом Эрном, главным менеджером по продукции потребительских наушников компании Sennheiser. ИФА 2023 чтобы помочь сломать его.

Звукоизоляция – первый шаг к шумоподавлению

Прежде всего, самое важное, что нужно понимать в отношении шумоподавления, — это то, что все оно связано с частотами, звуковыми волнами и, прежде всего, с физикой. Звуки распространяются волнами, которые состоят из вибраций, проходящих через воздух. Чем чаще эти вибрации, тем выше частота (как следует из названия), а высота волны по существу определяет амплитуду или громкость.

Когда мы имеем дело с высокочастотными звуками, им труднее проникать через поверхность, и это свойство одинаково для всех типов частот. Хотя звуки в контенте, предназначенном для потребления людьми, обычно никогда не выходят за пределы 20 кГц (поскольку это предел диапазона человеческого слуха), например, mmWave 5G обычно достигает 40 ГГц. На частоте 40 ГГц миллиметровые волны с трудом проникают через все виды поверхностей, поэтому этот спектр сигнала преимущественно встречается на открытом воздухе в крупные города.

Учитывая это понимание сложности проникновения высокочастотных звуков через поверхности, во многих высококачественных наушниках с активным шумоподавлением используются толстые мягкие чашки. В то время как низкочастотные звуки могут легко проникать через них, высокочастотные звуки будут сильно фильтроваться такой толстой поверхностью. Этот метод называется шумоподавлением, а не активным шумоподавлением.

Физика деструктивной интерференции

Когда две когерентные (проще говоря, подобные) волны объединяются, это называется интерференцией. Если они объединяются для усиления волны, то это конструктивная интерференция, а если они нейтрализуют друг друга, то это называется деструктивной интерференцией. Концепция деструктивных помех — это огромная часть головоломки активного шумоподавления.

Взглянув на изображение выше, обратите внимание, что верхняя линия представляет собой комбинацию двух волн под ней. Слева оба сигнала находятся в фазе, поэтому они усиливаются и в результате создают более сильную волну. Справа противофазная антиволна приводит к деструктивной интерференции. В аудиоконтексте одним сигналом будет внешняя звуковая волна, а антиволна, генерируемая для ее уничтожения, будет воспроизводиться через наушники пользователя, слушающего музыку.

Если это так, то почему вы все еще слышите звук вне наушников? Некоторые звуки полностью удалены, но идеальных наушников с шумоподавлением не бывает. Опять же, по тем же причинам, все дело только в физике. Именно здесь микрофоны на внешней стороне наушников вступают в игру, когда дело доходит до шумоподавления и разницы между ANC с прямой связью и обратной связью.

ANC с прямой связью и ANC с обратной связью

В наушниках используются два разных типа ANC, и Эрн говорит мне, что почти во всех флагманских наушниках используется комбинация обоих из них. Feedfoward будет слушать звук вне наушников и пытаться его подавить, тогда как ANC с обратной связью будет иметь микрофоны внутри чашек и прислушайтесь к разнице между звуком внутри наушников и звуком того, что должен играй.

Функция Feedforward ANC особенно интересна, поскольку демонстрирует специализированную работу по созданию наушников с шумоподавлением. По сути, звуковая волна, попадающая в чашку уха, попадает в один из микрофонов, и за те миллисекунды, которые требуются для этого звука волна достигнет вашего уха (поскольку микрофон находится на расстоянии нескольких сантиметров), он попытается обработать эту звуковую волну и сгенерировать антиволновой. Для звуков, направленных в микрофон, он работает хорошо всего за миллисекунды, но для звуков выше и ниже него нет, поскольку они не попадают непосредственно в микрофон и могут достичь уха, прежде чем их можно будет отменить. вне. Вот почему обратная связь АНК может устранить пробелы.

Благодаря системе ANC с обратной связью микрофоны на внутренней стороне наушника используются для измерения разницы между тем, что должно воспроизводиться, и тем, что на самом деле можно услышать внутри наушника. Когда звук извне достигает этого микрофона, он уже слышен слушателем, но его можно использовать для удаления постоянных шумов, таких как гул самолета или других вещей. Однако он не может помочь при внезапных шумах, поэтому лучше всего сочетать прямую связь с обратной связью.

Кстати, вы когда-нибудь терли пальцами внешнюю поверхность наушников или наушников и слышали пронзительный шум? Именно по этой причине такое происходит благодаря системе ANC с прямой связью. настоящие беспроводные наушники с ANC по сути такие же настройки, как высококачественные наушники, только в меньшем масштабе.

Собираем все это вместе

Когда мы объединяем активное шумоподавление с прямой связью и обратной связью, мы получаем мощную комбинацию, способную с высокой последовательностью подавлять низкочастотные звуки. Именно поэтому наушники с активным шумоподавлением отлично фильтруют звуки, например, в общественных местах. транспортные и другие постоянные шумы, потому что это предсказуемые звуки, которые АНК с обратной связью может успешно предсказать и удалять. В сочетании с шумопоглощающими свойствами более толстых чашек наушников, которые хорошо работают на высоких частотах частоты, и у вас есть все технологии, составляющие подавляющее большинство систем активного шумоподавления. сегодня.

Что все еще терпит неудачу, так это фильтрация речи и почему активное шумоподавление может работать с трудом. В диапазоне от 1 кГц до 3 кГц находится большая часть человеческой речи, и он достаточно высок, чтобы ANC было сложнее нейтрализовать обратную связь, но слишком направлен, чтобы хорошо работать с ANC с прямой связью. Их объединение представляет большую сложность (именно поэтому обычно в наушниках среднего и низкого класса может использоваться только один из этих методов, а не оба), а также может повлиять на качество звука.

В этом случае Эрн говорит мне, что наушники или наушники могут быть приоритетными по качеству звука или ANC, но не всегда по тому и другому. Звук необходимо настроить, когда ANC включен, но если вы удаляете частоты, которые можно услышать снаружи, вы рискуете удалить частоты и в вашей реальной музыке. Вот почему шумоподавление — такая сложная инженерная задача, но лучшие наушники АНК у всех это очень хорошо получается.