Що таке активне шумозаглушення?

Функція активного шумозаглушення є дуже популярною функцією навушників і навушників, і це не дарма. Це усуває багато сторонніх шумів із вашого прослуховування, роблячи його значно спокійнішим і легшим для прослуховування на низькій гучності. Однак, як шумопоглинання працює на таких навушниках, як Sennheiser Momentum 4 Wireless і Sony WH-1000XM5 для багатьох є певною загадкою. Ми поспілкувалися з Крістіаном Ерном, головним менеджером із виробництва споживчих навушників компанії Sennheiser, на цьогорічному IFA 2023 щоб допомогти розбити його.

Звукопоглинання – це перший крок до шумопоглинання

Перш за все, найважливіше, що слід розуміти щодо шумопоглинання, полягає в тому, що все це пов’язано з частотами, звуковими хвилями і, головне, з фізикою. Звуки поширюються хвилями, які складаються з коливань, що проходять через повітря. Чим частіше ці коливання, тим вища частота (як випливає з назви), а висота хвилі по суті визначає амплітуду або гучність.

Під час роботи з високочастотними звуками їм важче проникати через поверхні, і ця властивість однакова для всіх типів частот. У той час як звуки в контенті, призначеному для споживання людьми, зазвичай ніколи не перевищують 20 кГц (оскільки це межа людського діапазону слуху), mmWave 5G, наприклад, зазвичай досягає 40 ГГц. На частоті 40 ГГц хвилі mmWave важко проникати через усі типи поверхонь, тому цей спектр сигналу переважно зустрічається на вулиці. основні міста.

Зважаючи на те, що високочастотні звуки важко проникають через поверхні, ось чому багато високоякісних навушників із активним шумозаглушенням використовують товсті м’які чашки. У той час як звуки нижчої частоти можуть проникати через них з легкістю, звуки вищої частоти будуть добре відфільтровані товстою поверхнею, як ця. Ця техніка називається звукозаглушенням, а не активним шумозаглушенням.

Фізика деструктивної інтерференції

Коли дві когерентні (простіше кажучи, подібні) хвилі поєднуються, це називається інтерференцією. Якщо вони поєднуються для посилення хвилі, то це конструктивна інтерференція, але якщо вони гасять одна одну, то це називається деструктивною інтерференцією. Концепція руйнівних перешкод є величезною частиною головоломки активного шумозаглушення.

Дивлячись на зображення вище, зверніть увагу, що верхня лінія є комбінацією двох хвиль під нею. Зліва обидва сигнали знаходяться в фазі, тому вони посилюються і в результаті створюють більш сильну хвилю. Праворуч протифазна хвиля призводить до руйнівної інтерференції. У звуковому контексті одним сигналом буде зовнішня звукова хвиля, а антихвиля, створена для її знищення, відтворюватиметься через навушники користувача, який слухає музику.

Якщо це так, то чому ви все ще чуєте аудіо ззовні навушників? Деякі звуки видаляються повністю, але ідеальних навушників із шумопоглинанням ніколи не буває. Знову ж таки, з подібних причин, це все лише про фізику. Ось де мікрофони на зовнішній стороні ваших навушників вступають у гру, коли справа доходить до шумопоглинання та різниці між «прямим» і «зворотним» ANC.

Упереджений ANC проти зворотного ANC

У навушниках використовуються два типи ANC, і Ерн каже мені, що майже всі флагманські навушники використовуватимуть поєднання обох. Feedfoward прослуховуватиме аудіо поза навушниками та намагатиметься скасувати його, тоді як зворотний зв’язок ANC матиме мікрофони всередині чашок і послухайте різницю між внутрішньою частиною навушників і звуком чого повинен грати.

Feedforward ANC особливо цікавий, оскільки показує спеціальну роботу, яка йде на створення навушників із шумозаглушенням. По суті, звукова хвиля, що входить у чашку навушників, потрапляє в один із мікрофонів, і через мілісекунди, які потрібні для цього звуку коли хвиля досягне вашого вуха (оскільки мікрофон знаходиться на відстані кількох сантиметрів), він спробує обробити цю звукову хвилю та створити антихвильовий. Для звуків, спрямованих у бік мікрофона, він добре працює лише за мілісекунди, але для звуків над і під ним не робить, оскільки вони не потрапляють безпосередньо в мікрофон і можуть досягти вуха, перш ніж їх можна буде скасувати поза. Ось чому ANC зі зворотним зв’язком може закрити прогалини.

Завдяки зворотному зв’язку ANC він використовує мікрофони на внутрішній стороні навушників, щоб виміряти різницю між тим, що має відтворюватися, і тим, що насправді можна почути всередині навушників. Коли зовнішній звук досягає цього мікрофона, його вже чує слухач, але його можна використовувати для видалення постійних шумів, таких як гул літака чи інші речі. Однак це не може допомогти при раптових шумах, тому найкращим є поєднання прямої подачі та зворотного зв’язку.

До речі, ви коли-небудь терли пальцями зовнішню частину навушників і чули пронизливий звук? Feedforward ANC — це саме те, чому це відбувається, і високого рівня справжні бездротові навушники з ANC по суті ті самі установки, що й навушники високого класу, тільки в меншому масштабі.

Зібравши все разом

Коли ми поєднуємо активне шумопоглинання з прямим зв’язком і зворотним зв’язком, ми отримуємо потужну комбінацію, здатну гасити низькочастотні звуки з великою послідовністю. Ось чому навушники з активним шумозаглушенням чудово відфільтровують звуки в громадських місцях транспортні та інші постійні шуми, тому що це передбачувані звуки, які система зворотного зв’язку ANC може успішно передбачити видалити. Поєднуючи це зі звукопоглинаючими властивостями товстіших навушників, які добре працюють на вищих частот, і ви маєте всі технології, які створюють переважну більшість активного шумозаглушення сьогодні.

Де це все ще розпадається, так це фільтрація мови, і чому активне шумозаглушення може мати проблеми. Діапазон від 1 кГц до 3 кГц – це те, де зосереджена більшість людської мови, і це достатньо високо, щоб ANC зворотного зв’язку важче скомпенсувати, але надто спрямований, щоб добре працювати з ANC прямого зв’язку. Їхнє поєднання значно ускладнює (саме тому зазвичай навушники середнього та низького рівня можуть використовувати лише один із цих методів, а не обидва), а також може вплинути на якість звуку.

У цьому випадку Ерн каже мені, що навушники чи навушники можуть мати пріоритет щодо якості звуку чи ANC, але не завжди обох. Звук потрібно налаштувати, коли ввімкнено ANC, але якщо ви видаляєте частоти, які можна почути ззовні, ви також ризикуєте видалити частоти у своїй справжній музиці. Ось чому шумозаглушення є таким складним інженерним завданням, але найкращі навушники ANC у всіх це дуже добре виходить.