Čo je aktívne potlačenie hluku?

Aktívne potlačenie hluku je veľmi vyhľadávanou funkciou na slúchadlách a má dobrý dôvod. Z vášho zážitku z počúvania odstraňuje veľa vonkajšieho hluku, vďaka čomu je výrazne pokojnejšie a ľahšie sa počúva pri nižších hlasitostiach. Ako však funguje potlačenie hluku na slúchadlách, ako sú napr Sennheiser Momentum 4 Wireless a Sony WH-1000XM5 je pre mnohých záhadou. Na tohtoročnom veľtrhu sme si sadli s Christianom Ernom, hlavným produktovým manažérom spotrebiteľských slúchadiel v spoločnosti Sennheiser. IFA 2023 pomôcť to rozložiť.

Tlmenie zvuku je prvým krokom k potlačeniu hluku

V prvom rade, najdôležitejšou vecou, ​​ktorú je potrebné pochopiť o potlačení hluku, je to, že to všetko súvisí s frekvenciami, zvukovými vlnami a predovšetkým fyzikou. Zvuky sa šíria vo vlnách, ktoré sú tvorené vibráciami, ktoré prechádzajú vzduchom. Čím častejšie sú tieto vibrácie, tým vyššia je frekvencia (ako už názov napovedá) a výška vlny v podstate určuje amplitúdu alebo hlasitosť.

Keď ide o zvuky s vyššou frekvenciou, tieto ťažšie prenikajú povrchmi a táto vlastnosť je rovnaká pre všetky typy frekvencií. Zatiaľ čo zvuky v obsahu zameranom na ľudskú spotrebu zvyčajne nikdy neprekročia 20 kHz (pretože to je limit ľudského sluchu), mmWave 5G, napr. zvyčajne dosahuje až 40 GHz. Pri frekvencii 40 GHz má mmWave problém preniknúť do všetkých druhov povrchov, a preto je to signálové spektrum, ktoré sa vyskytuje prevažne vonku v Hlavné mestá.

Ak vezmeme do úvahy náročnosť vysokofrekvenčných zvukov v prenikajúcich povrchoch, to je dôvod, prečo mnoho špičkových slúchadiel s aktívnym potlačením hluku používa hrubé, mäkké mušle. Zatiaľ čo zvuky s nižšou frekvenciou nimi môžu ľahko preniknúť, zvuky s vyššou frekvenciou budú výrazne filtrované hrubým povrchom, ako sú tieto. Táto technika sa nazýva tlmenie zvuku a nie aktívne potláčanie hluku.

Fyzika deštruktívnej interferencie

Keď sa spoja dve koherentné (zjednodušene povedané podobné) vlny, nazýva sa to interferencia. Ak sa spoja, aby zosilnili vlnu, potom ide o konštruktívne rušenie, ale ak sa navzájom vyrušia, potom sa to nazýva deštruktívne rušenie. Koncept deštruktívneho rušenia je obrovským kúskom skladačky aktívneho potláčania hluku.

Pri pohľade na obrázok vyššie si všimnite, že horný riadok je kombináciou dvoch vĺn pod ním. Vľavo sú oba signály vo fáze, takže sa zosilňujú a vytvárajú tak silnejšiu vlnu. Vpravo, mimofázová anti-vlna má za následok deštruktívne rušenie. V zvukovom kontexte by jedným signálom bola vonkajšia zvuková vlna a anti-vlna vytvorená na jej zničenie by sa prehrávala cez slúchadlá nositeľa, ktorý počúva hudbu.

Ak je to tak, prečo potom stále počujete zvuk zvonku slúchadiel? Niektoré zvuky sú úplne odstránené, ale nikdy neexistujú dokonalé slúchadlá s potlačením hluku. Opäť z podobných dôvodov je to všetko len o fyzike. Tu prichádzajú do hry mikrofóny na vonkajšej strane slúchadiel, pokiaľ ide o potlačenie hluku a rozdiel medzi „doprednou“ a „spätnou väzbou“ ANC.

Dopredná ANC verzus spätná väzba ANC

V slúchadlách sa používajú dva rôzne druhy ANC a Ern mi hovorí, že takmer všetky vlajkové slúchadlá budú používať kombináciu oboch. Feedfoward bude počúvať zvuk mimo slúchadiel a pokúsi sa ho zrušiť, zatiaľ čo spätná väzba ANC bude mať mikrofóny vo vnútri šálok a počúvajte rozdiel medzi vnútrom slúchadiel a zvukom čoho by mal hrať sa.

Feedforward ANC je obzvlášť zaujímavý, pretože ukazuje špecializovanú prácu pri vytváraní slúchadiel s potlačením hluku. V podstate zvuková vlna vstupujúca do ušného mušle vstúpi do jedného z mikrofónov a v milisekundách, ktoré sú potrebné na vytvorenie tohto zvuku aby sa vlna dostala k vášmu uchu (keďže mikrofón je vzdialený niekoľko centimetrov), pokúsi sa túto zvukovú vlnu spracovať a vygenerovať anti-vlna. Pre zvuky smerujúce k mikrofónu funguje dobre v priebehu milisekúnd, ale pre zvuky nad a pod mikrofónom nevstupuje, pretože nevstupujú priamo do mikrofónu a môžu sa dostať do ucha skôr, ako ich bude možné zrušiť von. To je dôvod, prečo spätná väzba ANC môže vyplniť medzery.

So spätnou väzbou ANC využíva mikrofóny vo vnútri náušníka na meranie rozdielu medzi tým, čo by malo hrať, a tým, čo je v skutočnosti počuť vo vnútri náušníka. Keď zvuk zvonku dosiahne tento mikrofón, poslucháč ho už počuje, ale dá sa použiť na odstránenie neustáleho hluku, ako je hučanie lietadla alebo iné veci. Nemôže však pomôcť pri náhlych zvukoch, a preto je najlepšia kombinácia spätnej väzby verzus spätná väzba.

Len na okraj, už ste si niekedy pošúchali prsty o vonkajšiu stranu slúchadiel a počuli ste vysoký zvuk? Feedforward ANC je presne to, prečo sa to deje, a je to špičkové skutočné bezdrôtové slúchadlá s ANC sú v podstate rovnaké ako nastavenia špičkové slúchadlá, len v menšom meradle.

Priviesť to všetko dohromady

Keď skombinujeme dopredné a spätné aktívne potláčanie hluku, získame výkonnú kombináciu schopnú potlačiť nízkofrekvenčné zvuky s veľkou konzistenciou. Aj preto sú slúchadlá s aktívnym potlačením hluku skvelé na odfiltrovanie zvuku vecí, ako je verejnosť dopravné a iné konštantné zvuky, pretože sú to predvídateľné zvuky, ktoré spätná väzba ANC dokáže úspešne predpovedať a odstrániť. V kombinácii s vlastnosťami tlmenia zvuku hrubších náušníkov, ktoré dobre fungujú na vyšších frekvencií a máte k dispozícii všetky technológie, ktoré tvoria veľkú väčšinu aktívneho potláčania hluku dnes.

Kde sa to stále rozpadá, je filtrovanie reči a prečo môže aktívne potláčanie hluku bojovať. Rozsah 1 kHz až 3 kHz je miesto, kde sa nachádza väčšina ľudskej reči, a to je dostatočne vysoké na to, aby bolo ťažšie zrušiť spätnú väzbu ANC, ale príliš smerové na to, aby dobre fungovalo s dopredným ANC. Ich kombinácia prináša veľa zložitosti (čo je dôvod, prečo zvyčajne stredné až nízke slúchadlá môžu používať iba jednu z týchto techník a nie obe) a môže tiež ovplyvniť kvalitu zvuku.

V tomto prípade mi Ern hovorí, že slúchadlá alebo slúchadlá môžu mať prioritu pre kvalitu zvuku alebo ANC, ale nie vždy oboje. Zvuk je potrebné vyladiť, keď je zapnuté ANC, ale ak odstraňujete frekvencie, ktoré možno počuť zvonku, riskujete, že odstránite aj frekvencie vo vašej skutočnej hudbe. To je dôvod, prečo je potlačenie hluku taký komplikovaný inžiniersky výkon, ale najlepšie slúchadlá ANC všetci to zvládajú veľmi dobre.