Слушать музыку в общественном транспорте, не отвлекаясь на окружающий шум и даже погружаясь в «пузырёк спокойствия», – вот что предлагают системы активного шумоподавления. Но, не все наушники одинаковы, это связано с тем, что существует несколько типов ANC и процесс шумоподавления сложный.
Вот факт – все наушники пассивно изолируют окружающий шум. Этого недостаточно, чтобы сохранить качество звукового вещания и обеспечить слушателю настоящий комфорт при перемещении на улице. Но, по общему признанию, того простого факта, что наушник закрывает ухо или перекрывает слуховой проход, достаточно, чтобы определенные звуки не достигали барабанных перепонок. Это называется пассивной изоляцией или пассивным шумоподавлением.
Но это, по сути, самые высокие звуки, энергия которых недостаточна для прохождения наушника. С другой стороны, самые низкие звуки без труда достигают ушей, смешиваются с музыкой и делают её менее разборчивой. Кроме того, низкие частоты окружающих звуков очень часто нейтрализуют, по крайней мере частично, звуки музыки, что сильно меняет восприятие при прослушивании и быстро вызывает утомление слуха.
Что делает активное шумоподавление
Активное шумоподавление (ANC) – это технология, интегрированная в некоторые проводные наушники и наушники Bluetooth, которая позволяет уменьшить или полностью устранить определенные паразитные шумы вокруг слушателя, чтобы улучшить «условия слушания».
ANC особенно ценен на открытом воздухе, в местах скопления людей или транспортных средств, а также в общественном транспорте, особенно в самолетах и поездах.
Активное шумоподавление – действительно ли оно работает
Не все беспроводные наушники или гарнитуры Bluetooth имеют активную систему шумоподавления, но те, которые предлагают её, обеспечивают комфорт при прослушивании, который часто поразителен, а иногда исключителен.
Надо сказать, что от одной модели к другой активное шумоподавление работает более или менее эффективно по причинам, которые мы объясним ниже. Самые эффективные системы ANC действительно погружают слушателя в пузырь спокойствия, через который просачивается лишь несколько окружающих звуков, приглушенных до предела и легко затмеваемых прослушиваемой музыкой.
Как работает активное шумоподавление
Первые Bluetooth-наушники и наушники с активным шумоподавлением появились на рынке около десяти лет назад благодаря достижениям в области миниатюризации аудиоусилителей и вычислительной мощности. Однако, исследования по снижению шума начались в 1950-х годах, первоначально для повышения комфорта пилотов самолетов.
Необходимо было создать устройство, способное улавливать низкие звуки в кабинах самолетов. Такое устройство было полностью пассивным: оно представляло собой коробку, в которой находится резонаторная трубка, вибрирующая под действием авиационного шума и издающая «перевернутый» звук, который нейтрализует часть окружающего шума.
Но, вернёмся «к нашим баранам», активное шумоподавление в наушниках работает немного по-другому, – с помощью микрофонов, процессора и преобразователей. Однако общий принцип тот же: звуки, исходящие извне, улавливаются, анализируются и затем транслируются в прямо противоположном направлении. Затем они смешиваются с шумами, которые проходят через вкладыши наушников, и подавляются непосредственно на входе в ухо. В этом нет ничего волшебного, обычная механика жидкости.
Когда в море две волны встречаются фронтально, они частично или полностью нейтрализуют друг друга, если их энергия одинакова. То же самое верно и в воздухе для звуковых волн.
Весь смысл активного шумоподавления заключается в точном измерении направления распространения окружающего шума от 0 до 360° и для 20 000 частот слышимого спектра… несколько сотен или даже тысяч раз в секунду.
Именно, мешающий звук частотой 100 Гц, поступающий на микрофон под углом 0°, воспроизводится преобразователями с эквивалентной интенсивностью и углом 180°. В ложбинке уха две частоты 100 Гц встречаются, компенсируют друг друга, и шум устраняется.
Почему ANC не всегда эффективен
Очевидно, что качество микрофонов влияет на общую производительность ANC. Плохой захват обязательно приводит к распространению менее эффективного инвертированного звука. Роль процессора, связанного с микрофонами, также имеет решающее значение, поскольку он должен оцифровывать паразитные звуки, определять, какие из них являются наиболее раздражающими, а для самых сложных наушников проверять и корректировать точность инвертированных звуков, распространяемых преобразователями. И всё это должно быть сделано в режиме реального времени или, по крайней мере, без заметных задержек.
Наконец, производительность датчиков влияет на эффективность ANC. Они должны быть в состоянии производить сильный объём низких частот, но также быть точными в высоких тонах. Однако, мощные преобразователи в басу по определению менее бдительны в средних и высоких частотах, потому что их мембрана толще и тяжелее.
Короче говоря, необходимо найти сложный баланс между микрофонами, процессором и преобразователями.
Три основные технологии активного шумоподавления
Существует три типа шумоподавления с разными операциями и результатами, в зависимости от того, расположены ли микрофоны вне уха, внутри или с обеих сторон.
ANC с прямой связью
В этой системе ANC микрофоны установлены снаружи и улавливают посторонние звуки напрямую, которые оцифровываются, инвертируются, преобразуются в аналоговые и транслируются преобразователями.
Эта система несовершенна, потому что звуки, улавливаемые снаружи, явно не те, которые достигают ушей слушателя. Материалы шлема и форма уха каждого пользователя изменяют звуки, что очень сложно смоделировать.
ANC с прямой связью обычно вызывает явление «всасывания барабанной перепонки», особенно заметное на наушниках первого поколения, связанное с чрезмерно высокой интенсивностью инвертированных низких частот.
ANC с обратной связью
В этой системе микрофоны устанавливаются внутри наушника и измеряют посторонние шумы, реально достигающие уха. Таким образом, генерируемый инвертированный шум намного точнее. Но, обратная связь ANC сталкивается с серьёзной ловушкой: музыка, излучаемая преобразователями, неизбежно улавливается, и поэтому встроенный процессор должен отделить музыкальный сигнал, который не следует удалять, и раздражающие шумы.
ANC с обратной связь также несовершенен, и наушники, использующие его, больше всего искажают звук при активной системе.
Гибридный ANC
Это самое передовое активное шумоподавление. Гибридный ANC сочетает в себе методы прямой и обратной связи. Внутренние микрофоны используются для проверки того, что звуки, улавливаемые внешними микрофонами, должным образом уменьшаются. Если нет, то увеличивается интенсивность обратного звука и регулируется фазовый угол. Эта технология более сложна в разработке и требует больших вычислительных мощностей. На самом деле, наушники и гарнитуры, в которых она используется, самые дорогие.
Гибридный ANC в настоящее время является самым эффективным активным шумоподавлением.
Ухудшает ли активное шумоподавление качество звука
По сути, системы активного шумоподавления ухудшают звучание трансляции. Когда мы вводим в инверсию фаз частоты окружающих шумов, которые неизбежно встречаются и в музыкальном сигнале, мы обязательно уменьшаем интенсивность тех или иных звуков в прослушиваемой музыке или даже их фазу, что немного модифицирует звуковую сцену...
В басу это не сильно напрягает, потому что наш слух не очень чувствителен к мелким вариациям низких частот. С другой стороны, в среднем диапазоне это потенциально раздражает, потому что человеческое ухо чрезмерно чувствительно к этим частотам. Не случайно большинство систем активного шумоподавления перестают работать выше 1000 Гц.
Но, это ещё не всё… Функционирование преобразователей значительно нарушается ANC, из-за чего они издают низкие звуки, иногда очень сильные (особенно в самолетах или в метро). В этих условиях мембрана чрезмерно перемещается и теряет точность в области средних и высоких частот.
Что такое адаптивное активное шумоподавление
По определению, все системы активного шумоподавления адаптируются к условиям окружающего шума. Однако, некоторые производители продвигают адаптивные технологии в своих ANC. На самом деле, это переменный уровень интенсивности, часто с тремя ступенями, который пользователь может выбрать в мобильном приложении для управления наушниками или гарнитурой, либо использовать автоматическую регулировку.
Это адаптивное шумоподавление позволяет уменьшить потребление энергии наушниками и сохранить их автономность. Выбирая уровень ANC самостоятельно, вы можете уменьшить его влияние на качество звука.
