Как работают беспроводные наушники с шумоподавлением?

За последние несколько лет технология шумоподавления все больше проникает во все сегменты индустрии наушников, начиная от наушников-накладок и заканчивая крошечными беспроводными затычками, которые могут похвастаться технологией подавления звука. Поскольку эта функция становится все более стандартной услугой, появилось множество различных типов и технологий шумоподавления, каждая из которых предназначена для решения конкретной проблемы. Но по мере того, как область шумоподавления расширяется, становится все труднее осмыслить и понять, как работает эта технология и что отличает одни типы технологий шумоподавления от других.

А поскольку в будущем технология только надеется стать более распространенной, необходимо уже сегодня раскрыть технологию шумоподавления в целом, изучив историю и ранние применения шумоподавления, а также углубившись в различные типы технологий шумоподавления с кратким описанием каждого из них. Кроме того, мы также изучим различные типы запатентованных технологий и функций шумоподавления, которые в настоящее время представлены на рынке.

Краткая история развития технологии шумоподавления

Интересно, что концепция шумоподавления возникла раньше самой технологии. В 1933 году немецкий врач Пауль Люг представил патент, в котором использовались опережающие по фазе волны для подавления синусоидальных тонов, а также инвертирование полярности для отражения и маскирования звуков из динамика. Три года спустя — предположительно, столько времени потребовалось немецкому патентному ведомству, чтобы разобраться в концепции Люга — патент был выдан, хотя, к сожалению для Люга, 1936 г. не обладал аудиотехнологией или оборудованием, необходимыми для его запатентованной сейчас концепции.

В 1950 году доктор Лоуренс Джером Фогель — знаменитый пионер в области эволюционных вычислений и анализа человеческих факторов — продолжил работу с того места, где остановился Люг, используя достижения в области аудиооборудования после Второй мировой войны, чтобы воплотить идею немецкого доктора в реальность. Доктор Фогель считал, что эту технологию лучше всего использовать в авиационной промышленности, а точнее в вертолетной отрасли, которая в середине века все еще производила слишком громкие машины. Успешное внедрение технологии принесло д-ру Фогелю неофициальное звание «крестного отца активного шумоподавления», хотя доктор философии из Бруклина, также считается отцом эволюционного программирования.

К концу 1970-х доктору Амару Бозу пришла в голову идея создать гражданскую пару музыкальных наушников с технологией активного шумоподавления во время громкого полета, что в конечном итоге побудило Bose разработать прототип пары наушников с активным шумоподавлением. В 1980-х годах другой немецкий бренд Sennheiser продолжил разработку своей собственной пары наушников с активным шумоподавлением, став первой серийной парой, появившейся на рынке, хотя это были авиационные наушники (или, скорее, «гарнитуры») для пилотов.

Как и в случае с большей частью электроники, достижения, произошедшие в последующие годы, позволили технологии шумоподавления становиться все более мощной, приобретая все более компактные формы и производиться по все более низким ценам. Эти факторы позволили активному шумоподавлению превратиться из премиальной функции, предназначенной для элитных моделей наушников, во все более распространенный элемент в предложениях среднего уровня. Кроме того, активное шумоподавление начало распространяться в автомобильном мире, где технология используется для заглушения ветра и других дорожных звуков, при этом позволяя четко слышать некоторые жизненно важные шумы движения.

Три основных типа шумоподавления

Хотя каждая форма шумоподавления направлена на достижение одного и того же базового результата уменьшения внешнего шума, эта технология может быть произведена с использованием ряда различных методов. Ниже мы рассмотрим три основные формы современной технологии шумоподавления.

ПАССИВНЫЙ

Пассивное шумоподавление на самом деле не включает в себя маскировку или подавление звуковых волн, а просто означает блокирование шума путем предотвращения попадания вибрации в ухо. Обычно это достигается за счет изолирующего слоя или блокировки, например наконечников наушников, которые блокируют попадание внешнего звука в ухо, или головных приборов, которые создают уплотнение, защищающее слушателя от внешних звуков. Хотя пассивное шумоподавление на сегодняшний день является самой дешевой формой технологии, в высокопроизводительных версиях часто используются материалы, поглощающие и / или смягчающие вибрацию.

АКТИВНЫЙ

Активное шумоподавление работает за счет использования микрофонов для прослушивания внешнего окружения, а затем воспроизведения звука, который на простом языке можно описать как «перевернутый» или «зеркальный» звук, который по существу подавляет исходный внешний шум. Добавляя то, что по сути «противоположно» определенному внешнему звуку и / или частоте, этот внешний шум может быть замаскирован для слушателя.

АДАПТИВНЫЙ

Вместо того, чтобы просто активно подавлять внешний звук, адаптивное шумоподавление делает это, постоянно сканируя собственное окружение и окружающую среду, чтобы постоянно вносить незначительные изменения в уровень звука и точно настраивать звук для оптимизации прослушивания и более эффективного подавления внешнего шума. Проще говоря, если окружающая среда тихая, адаптивное шумоподавление снизит силу подавления или, наоборот, увеличит шумоподавление по мере необходимости, когда среда станет громче.

Актуальные цены на популярные наушники с шумоподавлением можно посмотреть по ссылке на сайте goods.ru

Как работает технология шумоподавления

Чтобы полностью разобраться в тонкостях активного шумоподавления, нужно хотя бы хоть немного понять, как работает звук в целом. Проще говоря, звуки, по сути, состоят из вибраций, которые передаются в виде волн, которые мы описываем, просматриваем и наносим на карту с использованием амплитуды звука (представленной на оси Y), длины волны (представленной на оси X) и частоты. Активное шумоподавление работает с помощью крошечных микрофонов, встроенных снаружи наушников для поиска внешнего шума.

Когда этот шум обнаруживается, встроенный компьютер обрабатывает эти звуковые волны, прежде чем выдать версию того же внешнего звука, который теперь «не совпадает по фазе», то есть он имеет зеркальную форму, противоположную первому сохранению звука. Когда эти звуки объединяются, создается эффект, который подавляет шум для слушателя, известный как «деструктивная интерференция» или «подавление фазы волны». Если форма первой внешней звуковой волны может иметь пик, то напротив, в том же месте будет долина. И этот зеркальный процесс повторяется снова и снова, постоянно заглушая внешний шум.

Чтобы лучше передать идею, давайте сравним звук с изменениями температуры. Если целью активного шумоподавления является достижение нейтрального уровня звука, давайте применим ту же концепцию к ведру с водой — хотя вместо того, чтобы стремиться к нейтральному звуку, мы стремимся к нейтральной температуре, скажем, 50 градусов. Если внешняя среда нагревается на 20 градусов (или если есть громкий внешний звук), мы можем охладить воду, добавив 30 градусов воды, тем самым нейтрализуя внешнюю переменную, чтобы оставаться на нашей нейтральной цели. Точно так же активное шумоподавление просто создает звуковые волны, которые имеют форму, полностью противоположную внешним звукам, для достижения нейтрального эффекта.

Запатентованная технология шумоподавления

Также стоит отметить, что, несмотря на огромные успехи, достигнутые в технологии активного шумоподавления только за последние несколько лет, технология по-прежнему испытывает трудности в средах с огромными и постоянными изменениями высоты тона, частоты и длины волны. Это означает, что пара высококачественных наушников ANC будет заметно более эффективна против постоянного гудения двигателя самолета.

Не менее важны, чем алгоритмы, процессоры цифровых сигналов и сама технология шумоподавления, датчики, используемые в данной паре наушников. Чем более чувствительны и точны внешний микрофон наушников ANC, тем лучше они смогут обнаруживать и передавать правильные звуковые волны, необходимые для создания разрушительных помех.

Запатентованная технология шумоподавления

По мере того, как активное шумоподавление становится все более популярным, все большее количество производителей электроники начинают внедрять свои собственные запатентованные функции и функции ANC, которые основываются на существующей технологии, чтобы обеспечить дополнительную полезность или удобство. Очевидно, что в настоящее время на рынке существует множество различных проприетарных версий этой технологии, хотя разбивка этих общих режимов должна помочь вам лучше понять различные существующие типы.

РЕЖИМ РАЗГОВОРА

Запатентованная функция, уникальная для Bose, режим разговора совмещает активное шумоподавление и придает наушникам дополнительное удобство. При нажатии и удерживании кнопки управления шумом на наушниках Bose активируется режим разговора, который приостанавливает управление воспроизведением музыки и убивает активное шумоподавление, чтобы вы могли легко разговаривать или полностью слышать окружающее. Самым крутым аспектом этой функции является то, что она использует встроенные внешние микрофоны, которые обычно используются для поиска внешнего звука, чтобы генерировать «противоположную» звуковую волну (с целью активного шумоподавления) для передачи всех внешних звуков прямо к слушателю, давая ему сверхчеловеческий слух без необходимости снимать наушники.

РЕЖИМ ПРОЗРАЧНОСТИ

Режим прозрачности — это функция у Apple Air Pods и Air Pods Pro, которая, как и режим разговора, предлагает уникальный подход к полуактивному шумоподавлению. При включении режим прозрачности ограничивает общую мощность шумоподавления при продолжении воспроизведения музыки, позволяя слышать музыку, одновременно имея возможность слышать некоторые жизненно важные внешние звуки, такие как автомобильные гудки и движение, объявления системы PA и человеческий разговор . В этом режиме также используется специальный алгоритм, который помогает голосу пользователя звучать естественно за счет измененного звука шумоподавления.

TALKTHRU

Технология, изобретенная и используемая JBL, TalkThru похожа на режим прозрачности, но отличается в нескольких ключевых областях. Технология TakThru от JBL снижает громкость воспроизведения музыки, в то же время активируя оптимизированные для речи микрофоны с шумоподавлением, тем самым обеспечивая легкий — и полностью слышимый — разговор без необходимости снимать наушники. Эта особенность отлично подходит для использования в офисе или при работе из дома, так как вы можете участвовать в быстрых чатах, а затем беспрепятственно возобновлять воспроизведение своей музыки, подкаста или того, что вы слушаете.

AMBIENT AWARE

Ambient Aware — еще одна активная функция шумоподавления, предлагаемая исключительно JBL. Эта функция не влияет на воспроизведение музыки, но увеличивает уровень слышимого внешнего окружающего звука. Это идеально подходит для таких приложений, как тренировки или бег , где вы хотите слушать музыку, но также хотите быть причастным к звукам дорожного движения или другим жизненно важным шумам. Лучше всего то, что эта функция полностью настраивается, поэтому ее можно настроить в соответствии с конкретной средой или предпочтениями пользователя.