Шумоподавление в наушниках, как работает

• Как работает шумоподавление
• Как работает пассивное шумоподавление
• Что влияет на качество шумоподавления
• Как не попасться на уловки маркетологов

Многие пользователи ожидают, что шумоподавление в наушниках полностью устранит окружающие звуки, и они разочаровываются, когда этого не происходит. Чтобы понять, почему эта технология не создает эффекта «отключения» звуков, необходимо вникнуть в ее принципы работы.

Как работает шумоподавление

Технология активного шумоподавления перенеслась из военной сферы в бытовую технику: еще в середине XX века такие системы применялись для уменьшения шума в кабинах самолетов и вертолетов. Первые наушники с активным шумоподавлением были разработаны для вертолетов в 1957 году.

Для домашнего применения эту инновационную технологию внедрила компания Bose, которая в 1989 году вывела на рынок бытовой электроники первые наушники с активным шумоподавлением. Принцип их работы заключается в том, что система встроенных микрофонов анализирует уровень окружающего шума, после чего воспроизводит сигнал с той же амплитудой, но в противофазе, через динамики. В результате этого процесса шум и антишум взаимно уничтожают друг друга. Естественно, для создания противофазного сигнала наушники требуют подключения к источнику питания, что и обуславливает название такой системы — активная.

Реализация этой идеи на практике не так проста, как может показаться. Все дело в природе звука. Генерация сигнала в противофазе — сложная задача: его необходимо быстро и точно сформировать. Быстрота важна, потому что шум может меняться: в кафе — стук чашек о блюдца, поздравления с днем рождения — постоянно меняющийся фон звуков, к которому нужно приспосабливаться. Точность не менее важна, так как отклонение между фазой и противофазой может вызвать неприятные искажения.

Активное шумоподавление умело борется с однообразными низкочастотными звуками, такими как гул моторов самолетов или шум вентиляционных систем. Эти звуки имеют более стабильную амплитуду и длину волны, что упрощает их компенсацию через фазу и противофазу. В кафе же главный шум идет от более высокочастотных звуков, у которых более короткая волна и более резкая изменчивость амплитуды, — для них требования к противофазному сигналу выше.

Современные системы активного шумоподавления пока не достигли достаточной вычислительной мощности, чтобы полностью блокировать разговоры окружающих или внезапные громкие звуки. Однако они успешно уменьшают постоянный фоновый шум.

☝️ Необходимо отметить, что в области активного шумоподавления продолжаются исследования и разработки с целью улучшения эффективности систем. В настоящее время происходит фокусировка внимания на улучшении вычислительных возможностей, алгоритмов распознавания звуков и сенсорной технологии. Такие инновации позволят системам более точно распознавать и подавлять различные звуковые источники, включая речь и резкие шумы.

Как работает пассивное шумоподавление

Дополнительно к технологии активного шумоподавления существует также пассивный метод. В данном случае это своего рода звукоизоляция: когда наушники надеваются, весь окружающий звук приглушается. Он не зависит от электропитания и в значительной степени определяется тем, насколько тесно устройство прилегает к ушам и голове. В случае наличия даже небольшого зазора шум остается.

Это объясняет, почему в комплекте с внутриканальными наушниками предоставляются разнообразные размеры насадок: уши у всех уникальны, и подбор идеальных амбушюр может быть вызовом. Если они не обеспечивают достаточную посадку, устройство не сможет обеспечить нужный уровень звукоизоляции. Однако с идеально подобранными насадками эффективно поглощаются те звуки, с которыми не может справиться активное шумоподавление: средние и высокие частоты, резкие звуки. Этот метод не зависит от быстродействия электроники, а просто заглушает все звуки вокруг, хотя и не до полной тишины.

В наушниках с большими чашками и пассивным шумоподавлением важную роль играет плотное прилегание амбушюр к голове. Чем сильнее прижим, тем менее проникает шум, обеспечивая более тихое воспроизведение музыки, незаметное для окружающих. В отличие от внутриканальных наушников, у полноразмерных нельзя просто заменить неудобные насадки.

☝️ Однако с такими наушниками идеальной тишины достичь невозможно. Это связано с природой звука и используемыми материалами. Звук передается через среду, где физические преграды могут мешать. Закрыть уши руками можно, но для полной изоляции требуются специальные звукопоглощающие материалы.

Большие строительные наушники, защищающие от резких звуков, лишены электроники. Они просто создают барьер для звуков, освобождая руки, но не обеспечивают полную тишину. Звук отбойного молотка, например, слышен, хотя и глухо.

Для максимальной звукоизоляции в таких наушниках требуется больше поглощающего материала, что делает их тяжелыми и громоздкими. Помимо увеличения веса, эти наушники также должны вместить всю необходимую электронику.

Производители постоянно улучшают материалы и электронику в наушниках, но идеальная тишина остается недостижимой. Сейчас внимание сосредоточено на совершенствовании баланса между удобством использования и эффективностью предоставляемых функций.

Что влияет на качество шумоподавления

На рынке предостаточно компаний, предлагающих наушники с активным подавлением шума, но как определить, у кого это реализовано наилучшим образом? Одним из ключевых критериев может быть изучение технических характеристик. Например, чем больше микрофонов используется в системе подавления шума, тем более точно она распознает окружающий шум и тем более эффективно строится противофазный сигнал. В одной из наших статей мы рассказали как выбрать хорошие наушники.

Эффективность также зависит от мощности и современности процессора: чем он мощнее и современнее, тем быстрее система реагирует на изменения в окружающем шуме. Некоторые компании даже предлагают алгоритмы персонализации шумоподавления, добавляя микрофоны для анализа внутреннего шума.

В ходе процедуры калибровки наушники проигрывают тестовые сигналы, в то время как встроенные микрофоны регистрируют их реакцию. Полученные данные калибровки позволяют алгоритму шумоподавления точно адаптироваться к уникальной геометрии ушей и головы конкретного пользователя.

☝️ Эффективность работы системы активного шумоподавления также зависит от пассивной звукоизоляции. Если наушники плохо облегают уши и пропускают внешний шум, противофазный сигнал может оказаться менее эффективным. Большинство полноразмерных наушников с активным шумоподавлением оснащены крупными мягкими амбушюрами, которые идеально прилегают к контурам головы, обеспечивая максимальную изоляцию от звуков.

Как не попасться на уловки маркетологов

Проблема с наушниками, оборудованными технологией шумоподавления, сводится к тому, что производители искажают реальность: в рекламе, активируя шумоподавление, они заменяют шумную вечеринку беззвучной тишиной, стук колес поезда — спокойными альпийскими лугами, а крики младенца на соседнем сиденье просто растворяются в воздухе. Однако физика процесса шумоподавления делает подобный эффект практически недостижимым. В начале своего пути компания Bose честно называла свои наушники Noise Reducing, но затем, как и многие другие, перешла на термин Noise Cancelling.

Пользователи, мечтая о полной тишине, надевают эти наушники в метро, активируют шумоподавление, и шум ветра в тоннеле магически исчезает. Однако рассказы студентов о сессии и звуки кашля всё равно проникают в уши. Обещанная идиллическая тишина, зеленые луга и альпийская свежесть оказываются лишь фантазиями, поскольку технологии еще не дотягивают до такого уровня.

В своих маркетинговых материалах компании гордятся возможностью шумоподавления до -15 дБ, но стоит обратить внимание на использование слова «до». Отметим также отсутствие информации о том, при каких конкретных условиях достижение этого уровня в -15 дБ возможно, что внесло некоторую неопределенность относительно реальной эффективности системы.

Ещё одним хитроумным приёмом является манипуляция определениями: в описании наушников «шумоподавлением» называют технологию, предназначенную для снижения шумов при разговоре по телефону, повышая ясность передачи вашего голоса. Однако следует отметить, что эта технология совершенно не воздействует на подавление внешних шумов в процессе прослушивания музыки.