การยกเลิกเสียงรบกวนแบบแอ็คทีฟคืออะไร?

การตัดเสียงรบกวนแบบแอ็กทีฟเป็นคุณสมบัติที่เป็นที่ต้องการอย่างมากในหูฟังและหูฟัง และด้วยเหตุผลที่ดี ช่วยขจัดเสียงรบกวนจากภายนอกได้มากจากประสบการณ์การฟังของคุณ ทำให้ทั้งเงียบสงบยิ่งขึ้นและฟังได้ง่ายขึ้นในระดับเสียงที่เบาลง อย่างไรก็ตาม การป้องกันเสียงรบกวนทำงานอย่างไรกับหูฟังเช่น เซนไฮเซอร์ โมเมนตัม 4 ไร้สาย และ โซนี่ WH-1000XM5 เป็นเรื่องลึกลับสำหรับหลาย ๆ คน เราได้พูดคุยกับ Christian Ern ผู้จัดการผลิตภัณฑ์หลักฝ่าย Consumer Headphones ของ Sennheiser ในงานปีนี้ ที่ปรึกษาทางการเงินอิสระ 2023 เพื่อช่วยทำลายมันลง

การลดเสียงเป็นขั้นตอนแรกในการตัดเสียงรบกวน

สิ่งแรกและสำคัญที่สุดที่ต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับการตัดเสียงรบกวนก็คือ ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับความถี่ คลื่นเสียง และที่สำคัญที่สุดคือฟิสิกส์ เสียงเดินทางเป็นคลื่นซึ่งประกอบด้วยการสั่นสะเทือนที่ผ่านอากาศ ยิ่งการสั่นสะเทือนเหล่านี้บ่อยขึ้น ความถี่ก็จะยิ่งสูงขึ้น (ตามชื่อที่แนะนำ) และความสูงของคลื่นจะเป็นตัวกำหนดแอมพลิจูดหรือความดังเป็นหลัก

เมื่อต้องรับมือกับเสียงที่มีความถี่สูง เสียงเหล่านี้จะมีเวลาในการเจาะพื้นผิวได้ยากขึ้น และคุณสมบัตินี้จะเหมือนกันสำหรับความถี่ทุกประเภท แม้ว่าเสียงในเนื้อหาที่มุ่งเป้าไปที่การบริโภคของมนุษย์มักจะไม่เกิน 20kHz (เนื่องจากเป็นขีดจำกัดของช่วงการได้ยินของมนุษย์) ตัวอย่างเช่น mmWave 5G โดยทั่วไปจะสูงถึง 40GHz ที่ความถี่ 40GHz mmWave มีปัญหาในการเจาะพื้นผิวทุกประเภท ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมสเปกตรัมสัญญาณจึงมักพบกลางแจ้งใน เมืองใหญ่ๆ

ด้วยความเข้าใจถึงความยากของเสียงความถี่สูงในพื้นผิวที่เจาะทะลุ นี่คือเหตุผลว่าทำไมหูฟังระดับไฮเอนด์หลายตัวที่มีระบบตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟจึงใช้คัพที่หนาและนุ่ม แม้ว่าเสียงความถี่ต่ำสามารถเจาะทะลุสิ่งเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย แต่เสียงความถี่สูงจะถูกกรองอย่างมากด้วยพื้นผิวที่หนาเช่นนี้ เทคนิคนี้เรียกว่าการลดเสียง และไม่ใช่การตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟ

ฟิสิกส์ของการรบกวนแบบทำลายล้าง

เมื่อคลื่นสองอันที่เชื่อมโยงกัน (พูดง่ายๆ คล้ายกัน) มารวมกัน สิ่งนี้เรียกว่าการรบกวน หากพวกมันรวมกันเพื่อขยายคลื่น นี่คือการรบกวนเชิงสร้างสรรค์ แต่ถ้าพวกมันหักล้างกัน จะเรียกว่าการรบกวนแบบทำลายล้าง แนวคิดเรื่องการรบกวนแบบทำลายล้างถือเป็นปริศนาชิ้นใหญ่ในการตัดเสียงรบกวน

เมื่อดูภาพด้านบน โปรดทราบว่าเส้นบนสุดคือการรวมกันของคลื่นทั้งสองที่อยู่ด้านล่าง ทางด้านซ้าย สัญญาณทั้งสองอยู่ในเฟส ดังนั้นจึงขยายและสร้างคลื่นที่แรงขึ้น ทางด้านขวา การป้องกันคลื่นนอกเฟสส่งผลให้เกิดการรบกวนแบบทำลายล้าง ในบริบทของเสียง สัญญาณหนึ่งจะเป็นคลื่นเสียงภายนอก และคลื่นป้องกันที่สร้างขึ้นเพื่อทำลายจะถูกเล่นผ่านหูฟังของผู้สวมใส่ที่กำลังฟังเพลง

หากเป็นเช่นนั้น ทำไมคุณถึงยังได้ยินเสียงจากภายนอกหูฟังของคุณ? เสียงบางเสียงจะถูกลบออกไปโดยสิ้นเชิง แต่ไม่มีหูฟังตัดเสียงรบกวนที่สมบูรณ์แบบสักคู่ ขอย้ำอีกครั้ง ด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน ทุกอย่างเป็นเพียงเรื่องฟิสิกส์เท่านั้น นี่คือจุดที่ไมโครโฟนที่อยู่ด้านนอกหูฟังของคุณเข้ามามีบทบาทเมื่อพูดถึงการตัดเสียงรบกวนและความแตกต่างระหว่าง ANC แบบ "ป้อนไปข้างหน้า" และ "ป้อนกลับ"

ANC ป้อนกลับเทียบกับ ANC ป้อนกลับ

หูฟัง ANC ที่ใช้ในหูฟังมีอยู่สองประเภทที่แตกต่างกัน และ Ern บอกฉันว่าหูฟังรุ่นเรือธงเกือบทั้งหมดจะใช้ทั้งสองอย่างนี้รวมกัน Feedfoward จะฟังเสียงภายนอกหูฟังและพยายามยกเลิกเสียง ในขณะที่ ANC จะมีการตอบสนอง ไมโครโฟนภายในถ้วยและฟังความแตกต่างระหว่างด้านในของหูฟังและเสียงของอะไร ควร กำลังเล่น

Feedforward ANC มีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากแสดงให้เห็นการทำงานเฉพาะด้านในการสร้างหูฟังตัดเสียงรบกวน โดยพื้นฐานแล้ว คลื่นเสียงที่เข้าสู่เอียร์คัพจะเข้าสู่ไมโครโฟนตัวใดตัวหนึ่ง และจะใช้เวลาเป็นมิลลิวินาทีสำหรับเสียงนั้น คลื่นที่จะไปถึงหูของคุณ (เนื่องจากไมโครโฟนอยู่ห่างออกไปไม่กี่เซนติเมตร) มันจะพยายามประมวลผลคลื่นเสียงนั้นและสร้างเสียง ต่อต้านคลื่น สำหรับเสียงที่หันเข้าหาไมโครโฟน จะทำงานได้ดีในเวลาเพียงมิลลิวินาที แต่สำหรับเสียงที่อยู่ด้านบนและด้านล่าง ไม่ได้ เนื่องจากไม่ได้เข้าไมโครโฟนโดยตรงและอาจถึงหูก่อนจึงจะยกเลิกได้ ออก. นั่นเป็นสาเหตุที่ ANC แสดงความคิดเห็นจึงสามารถปิดช่องว่างได้

ด้วย ANC แบบป้อนกลับ ระบบจะใช้ไมโครโฟนที่ด้านในของเอียร์คัพเพื่อวัดความแตกต่างระหว่างสิ่งที่ควรเล่นกับสิ่งที่ได้ยินจริงในเอียร์คัพ เมื่อเสียงจากภายนอกมาถึงไมโครโฟนนี้ ผู้ฟังจะได้ยินอยู่แล้ว แต่สามารถใช้เพื่อลบเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น เสียงฮัมของเครื่องบินหรือสิ่งอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เสียงรบกวนที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหันก็ช่วยไม่ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการใช้ฟีดไปข้างหน้าและฟีดแบ็กร่วมกันจึงดีที่สุด

หมายเหตุด้านข้าง คุณเคยถูนิ้วด้านนอกหูฟังหรือหูฟังแล้วได้ยินเสียงแหลมสูงหรือไม่? Feedforward ANC คือสาเหตุที่แท้จริงและเป็นระดับไฮเอนด์ หูฟังไร้สายที่แท้จริงพร้อม ANC โดยพื้นฐานแล้วเป็นการตั้งค่าเดียวกันกับ หูฟังระดับไฮเอนด์ในระดับที่เล็กลงเท่านั้น

นำมารวมกันทั้งหมด

เมื่อเรารวมการป้องกันเสียงรบกวนแบบฟีดฟอร์เวิร์ดและฟีดแบ็กเข้าด้วยกัน เราจะได้การผสมผสานอันทรงพลังที่สามารถตัดเสียงความถี่ต่ำได้ด้วยความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมหูฟังป้องกันเสียงรบกวนแบบแอคทีฟจึงสามารถกรองเสียงต่างๆ เช่น เสียงในที่สาธารณะได้อย่างดีเยี่ยม การเคลื่อนย้ายและเสียงคงที่อื่นๆ เนื่องจากเป็นเสียงที่คาดเดาได้ซึ่งฟีดแบ็ก ANC สามารถคาดเดาได้สำเร็จ ลบ. เมื่อรวมกับคุณสมบัติซับเสียงของเอียร์คัพที่หนาขึ้นซึ่งทำงานได้ดีบนที่สูง ความถี่ และคุณมีเทคโนโลยีทั้งหมดที่ประกอบเป็นส่วนใหญ่ของการตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟ วันนี้.

สิ่งที่ยังคงไม่ลงตัวคือการกรองคำพูด และเหตุใดการตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟจึงประสบปัญหา ช่วง 1kHz ถึง 3kHz คือช่วงที่เสียงพูดของมนุษย์ส่วนใหญ่อยู่ และนี่สูงพอที่จะทำให้ฟีดแบ็ค ANC ยกเลิกได้ยากขึ้น แต่มีทิศทางมากเกินไปที่จะทำงานได้ดีกับ ANC ฟีดฟอร์เวิร์ด การรวมทั้งสองเข้าด้วยกันทำให้เกิดความซับซ้อนอย่างมาก (ซึ่งเป็นสาเหตุที่หูฟังระดับกลางถึงล่างโดยทั่วไปอาจใช้เทคนิคใดเทคนิคหนึ่งเหล่านี้เท่านั้น ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง) และยังส่งผลต่อคุณภาพเสียงอีกด้วย

ในกรณีนี้ Ern บอกฉันว่าหูฟังสามารถจัดลำดับความสำคัญด้านคุณภาพเสียงหรือ ANC ได้ แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่างเสมอไป จำเป็นต้องปรับเสียงเมื่อเปิด ANC แต่หากคุณลบความถี่ที่สามารถได้ยินจากภายนอก คุณจะเสี่ยงต่อการลบความถี่ในเพลงจริงของคุณด้วย นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการตัดเสียงรบกวนจึงเป็นความสำเร็จทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน แต่ หูฟัง ANC ที่ดีที่สุด ทุกคนทำได้ดีมาก