Что такое шумоподавление в наушниках и зачем оно нужно?

Уверены, что вы встречались с понятием «‎активное шумоподавление» (ANC) Что оно значит? Эта технология стала спасательным кругом для тех, кто ценит тишину и уединение, даже находясь в людном пространстве большого города. Прежде чем выбирать наушники с шумоподавлением, предлагаем подробнее узнать о том, как оно работает и какие его виды бывают. Мы собрали всю необходимую информацию об активном шумоподавлении, чтобы помочь вам разобраться в теме. Начнём!

Что такое активное шумоподавление?

Активное шумоподавление (ANC) — это технология, уменьшающая нежелательные фоновые звуки с помощью фазового подавления (ниже мы рассмотрим этот процесс). Для этого в наушниках используют конфигурации микрофонов и специальные процессоры, обрабатывающие звук.

Как же пользователи жили без этой технологии раньше? Стандартные наушники полагаются на пассивную шумоизоляцию, которая достигается с помощью качественных амбушюров и насадок для внутриканальных моделей. Принцип такой же, если закрыть уши ладонями, и вуаля, вы испытываете пассивную шумоизоляцию.

Модели с Active noise cancellation сочетают пассивную звукоизоляцию и шумоподавление, обеспечивая впечатляющий результат: окружающее пространство становится тише в среднем на 30 дБ по сравнению с «‎простыми наушниками». 

В 1933 году Пол Люг разработал теорию шумоподавления. Затем, в 1950-х годах, Лоуренс Дж. Фогель создал первые наушники с этой технологией. Однако тот тип ANC, который мы знаем сегодня, был придуман в 1989 году доктором Амаром Бозе из Bose Corporation и реализован в авиационной гарнитуре Series I. 

Как работает Active noise cancellation?

Чтобы наушники эффективно справлялись с окружающим шумом им понадобится два основных компонента:

• Микрофоны с формированием луча отвечают за запись окружающих звуков.

• DSP (звуковой процессор), принимающий шумовой сигнал и изменяющий его фазовые характеристики.

Рассмотрим шумоподавление по этапам

1. Микрофоны записывают среду, в которой находится слушатель.

2. Звук, улавливаемый микрофонами, отправляется в DSP.

3. DSP меняет фазу принимаемого сигнала.

4. Сигнал с перевернутой фазой воспроизводится через динамики. Фазовое подавление происходит, когда звуковые волны из окружающей среды суммируются с их перевернутыми по фазе «дубликатами‎», создаваемыми DSP.

Что такое фазовое подавление?

Фазовая компенсация — это явление, при котором одинаковые волны в противоположных фазовых положениях сводят на нет движения друг друга. Именно эта концепция делает возможным АНК.

На диаграмме ниже показаны две идентичные волны с одним ключевым отличием. Фаза нижней отклоняется на 180 градусов от верхней. Можно сказать, что фаза нижней волны была перевернута или инвертирована.

Когда верхняя волна сжимается, нижняя разжижается с такой же силой, и наоборот. Когда эти волны играют одновременно, их равные и противоположные движения нейтрализуют друг друга.

Вы можете представить себе отмену фазы так: два боксера одновременно с одинаковой силой бьют по обе стороны боксерской груши. Поскольку силы равны, боксерская груша не будет двигаться. В математике отмена фазы выглядит так, например, суммирование -2 и +2, что даёт ноль.

Типы шумоподавления

Выделяют четыре общих типа шумоподавления. Рассмотрим на примере полноразмерных моделей. 

• Обратная связь. Когда микрофон находится внутри чашки наушников, перед динамиком. Это позволяет наушникам слышать то, что слышите вы, и нужным образом адаптировать шумоподавление. Обратная связь не так эффективна для подавления звуков в диапазоне 1–2 кГц.

• Упреждающая связь. Микрофоны находится на внешней стороне чашек. Они быстро улавливают внешние шумы и генерируют сигнал с перевернутой фазой для противодействия им.

• Гибридный. Эта система сочетает обратную и прямую связь. В ней используются два микрофона: один на внешней стороне чашки, а другой перед динамиком.

• Адаптивный. Аппаратная настройка адаптивного ANC аналогична гибридному «‎шумодаву».  Однако добавляется программный процессор для автоматической регулировки уровня шумоподавления в зависимости от вашего окружения и посадки. Впервые он был разработан Qualcomm для TWS.

Насколько хорошо технология подавляет шум?

Несмотря на то, как далеко продвинулась технология шумоподавления, она до сих пор не блокирует всё окружение, особенно когда не играет музыка. Однако это гораздо лучше, чем полагаться исключительно на пассивную шумоизоляцию.

Для сравнения: модели без неё снижают гул на средних и высоких частотах на 15–30 дБ в зависимости от форм-фактора, посадки и материала амбушюров. Однако они неэффективны для подавления низкочастотных сигналов (20–800 Гц), таких как гул автомобиля, кондиционера или самолёта.

Наушники с функцией блокируют дополнительные 30 дБ низкочастотных шумов ниже 1 кГц. Это означает, что модели с «‎шумодавом» снижают уровень на 60 дБ, в зависимости от реализации активных и пассивных компонентов. У любой системы есть недостатки, поэтому о них тоже нужно сказать.

Недостатки Active noise cancellation 

Поскольку ANC для выполнения своих функций полагается на обработку сигнала, DSP требуется время, чтобы отреагировать на окружающую среды, которую он пытаются подавить.

По этой причине она лучше всего работает с уменьшением повторяющихся звуков, таких как постоянный гул кондиционера, а не внезапными громкими звуками, такими как проезжающая мимо машина скорой помощи или лай собаки.

Задержка реакции на обработку внешнего фона также является причиной того, что она более эффективно подавляет низкие частоты, чем высокие. Более длинные и медленные волны низких частот дают DSP больше времени на обработку, чем короткие и быстрые волны высоких частот.

Несмотря на некоторые недостатки, наушники с шумоподавлением хорошо справляются с общей задачей снижения нежелательных звуков и предотвращения потери слуха, если уж на то пошло.

Где эффективно использовать шумоподавление?

Как мы отметили выше, Active noise cancellation  превосходно подавляют низкие, непрерывные звуки, например, от реактивных двигателей или кондиционера. ANC легче противодействовать этим звукам из-за их постоянства и более длинных волн, что позволяет точно выравнивать и подавлять частоты.

Таким образом, модели c шумоподавлением идеально подходят для путешествий или мест, характеризующихся постоянным низкочастотным шумом, например, в офисах или городских центрах.

Часто задаваемые вопросы

Что такое шумоподавление? 

Активное шумоподавление — это передовая технология, применяемая в наушниках. Она создает антишумовые сигналы для противодействия окружающим звукам и освобождает пользователей от любых внешних отвлекающих факторов.

Можно ли блокировать весь шум?

Наушники с «шумодавом‎» не полностью блокируют все внешние шумы . В зависимости от качества сборки и установки они снижают низкочастотный шум на 30 дБ . Однако между анализом и противодействием окружающему шуму обычно существует небольшая задержка, поэтому внезапные громкие звуки все равно подмешиваются.

Может ли ANC вызвать повреждение слуха?

Нет. Хотя некоторые сообщают о, ощущении давления в ушах. Такие ощущения возникают из-за того, что мозг адаптируется к пониженному низкочастотному шуму. Это приводит к ощущаемому звону или перепаду давления в ушах. На самом деле технология были разработаны специально для защиты слуха пилотов от гула двигателя.

Что выбрать подавления резких звуков? 

Устройства защиты органов слуха, такие как кастомные беруши, являются эффективной альтернативой наушникам с шумоподавлением. В этих пассивных шумоизолирующих устройствах используется специальные фильтры, позволяющая заглушить внешний гул на 15–33 дБ. Беруши защищают от резких громких звуков на живом концерте или производстве.

Как улучшить шумоизоляцию?

Как правило, кожаные амбушюры лучше всего подходят для шумоизоляции. Поищите модели с амбушюрами из натуральной или искусственной кожи для максимального снижения шума. Если речь идёт о внутриканальных моделях, то следует подумать о материале насадок, которые вы будете использовать. Большинство наушников по умолчанию оснащены силиконовыми насадками.

Влияет ли ANC на качество звука?

Шумоподавление иногда ухудшая качество звука. Звучание бывает неестественным из-за процесса подавления охватывающего шума. К счастью, многие бренды используют искусственный интеллект для повышения качества звука. Например, Sony используют искусственный интеллект для адаптации настроек ANC, обеспечивая оптимальное качество звука.

В чем разница между выключенной ANC и «режимом прозрачности»?

Если функция Active noise cancellation отключена, ваши наушники будут работать как стандартная пара. Микрофоны и DSP находятся в режиме ожидания, а чашки и амбушюры обеспечивают пассивную шумоизоляцию от внешних шумов.

В «режиме‎ прозрачности» микрофоны с формированием луча и DSP активно усиливают окружающие фон, воспроизводя его через динамики. Так слушатель будет осведомлен о том, что происходит вокруг.

ANC или прозрачность расходуют больше заряда батареи?

Использование этих функций разряжает батарею наушников быстрее, чем без них. Если посмотреть на большинство моделей, то мы увидим разное время автономной работы с «‎шумодавом» и без. Порой эта разница приближается X2.

В чем разница между ANC и ENC?

ANC уменьшает количество фонового шума, который вы слышите помимо музыки. ENC уменьшает уровень шума, поступающего на микрофон во время разговора. ANC предназначен для вас, а ENC — для того, с кем вы разговариваете по телефону.