что такое адаптивное шумоподавление

Только без шума: как работает система активного шумоподавления

Active Noise Cancelling (ANC) — это технология, которая используется для подавления фонового шума. Теперь она все чаще встречается даже в компактных беспроводных наушниках. Рассказываем, как работает ANC.

Современная жизнь полна всевозможных раздражителей. Интенсивный дорожный трафик, шумные поездки в метро и не самые спокойные соседи часто не позволяют нам в должной мере наслаждаться музыкой. Поэтому неудивительно, что многие производители снабжают наушники системами активного и пассивного шумоподавления.

Активное и пассивное шумоподавление: как это работает

Самый простой способ отсечь лишние шумы — это использовать пассивное шумоподавление. Оно особенно эффективно с внутриканальными, накладными и полноразмерными наушниками. Но если в двух последних случаях всё легко и просто — вам достаточно надеть наушники и наслаждаться звуком, то в случае с внутриканальными наушниками придётся приложить немного усилий.

Дело в том, что эффективность пассивного шумоподавления напрямую зависит от того, насколько плотно наушники прилегают к ушам или голове. Поэтому в комплекте с внутриканальными наушниками обычно поставляется несколько пар насадок разного размера: уши у всех разные, и пользователю необходимо подобрать подходящие именно ему амбушюры. Они не должны давить, но и не должны оставлять зазор для звуковых волн.

Как бы там ни было, но никакое пассивное шумоподавление не в состоянии полностью избавить вас от шумов. Это прекрасно понимают и производители наушников, уделяющие всё больше внимания развитию систем активного шумоподавления. Принцип работы таких систем основан на интерференции звуковых волн и, по сути, не меняется с 30-х годов прошлого века.

На внешней стороне наушников с активным шумоподавлением установлены фиксирующие внешние шумы микрофоны. Полученная ими информация передаётся на DSP-процессор наушников, который анализирует волны, генерируя звук с той же амплитудой, но обратной фазой (противофазой). Получившийся «антизвук» воспроизводится динамиками наушников, и звуковые волны гасят друг друга в процессе интерференции.

На практике это ещё сложнее, чем кажется. Разработка эффективной системы активного шумоподавления сталкивается с целым рядом проблем, причём особенно остро они проявляются в откровенно бюджетных наушниках. В первую очередь это касается недостаточно мощного микроконтроллера таких моделей, который неспособен своевременно реагировать на изменение звукового фона: ему может не хватить времени на обработку звука и преобразование его в антизвук до того, как исходная волна пройдет путь от внешнего микрофона до динамика наушника. В этом случае ни о какой интерференции не может быть и речи.

Другой важный момент касается качества звучания. Многие владельцы дешёвых наушников с ANC отмечают ухудшение качества звука при работе активного шумоподавления. Не стоит забывать и об особенностях звуковых волн. Большая длина низкочастотных волн позволяет сглаживать неизбежные расхождения в фазе обычной и инвертированной волны. В результате активное шумоподавление лучше всего справляется с монотонным шумом в диапазоне частот от 100 до 1000 Гц, на который, например, приходится гул дорожного трафика. В свою очередь, в случае с высоко- и среднечастотными звуками эти ошибки приводят к недостаточно эффективному гашению звуковых волн и появлению дополнительного свиста.

Когда отсутствие звуков — ещё и проблема

Долгое время наушники с системой шумоподавления были прерогативой накладных моделей, но со временем они стали появляться и в полностью беспроводных наушниках (True Wireless Stereo, TWS). Одними из первых, кто реализовал ANC в компактном формфакторе, стал Samsung с его наушниками Galaxy Buds Live. Эта во многом экспериментальная модель получила крайне необычный анатомический дизайн, за который она была прозвана «фасолинами». Наушники отлично справляются с шумом ветра и определённым диапазоном нежелательных звуков, но за счёт открытого типа эффективность шумоподавления всё-таки чуть ниже, чем во внутриканальных наушниках.

Чуть позже помимо самой ANC стали появляться функции управления шумоподавлением. Дело в том, что традиционные (неотключаемые и нерегулиуемые) системы шумоподавления иногда создавали проблемы. Например, чтобы поговорить с коллегой или кассиром в метро, нужно было снимать хотя бы один наушник. К тому же при нахождении на улице полная изоляция всё же небезопасна: вам может просигналить автомобиль или крикнуть велосипедист, а вы этого не услышите.

Наушникам добавили режим прозрачности: в этом режиме микрофоны улавливают звуки окружающего мира и «подмешивают» их к музыке. У Samsung в новых наушниках Galaxy Buds Pro, которые вышли уже в этом году, дебютировала инновационная система интеллектуального переключения между режимом шумоподавления и звуковым фоном: наушники самостоятельно определяют, когда человек начинает говорить, и автоматически усиливают внешние звуки, при этом приглушая громкость музыки, делая тем самым общение более комфортным. Так что системы активного шумоподавления постепенно становились интеллектуальными, одновременно наращивая эффективность за счёт новых технологий.

Но шумное окружение мешает не только слушать музыку, но и использовать наушники в качестве гарнитуры. Если вы пробовали поговорить на улице, наверняка, собеседники жаловались вам на шум ветра или транспорта, из-за которого трудно различить речь. «Шумодав» научили работать и в этом направлении. А частности, за счет использования датчиков костной проводимости: они улавливают вибрацию, которая распространяется по черепу при разговоре. Таким образом удаётся довольно точно фильтровать речь, к тому же при обработке сигнала используется нейросеть, обученная на реальных шумах. Она распознаёт типовые шумы вроде ветра или гула транспорта, поэтому собеседник хорошо вас слышит вне зависимости от того, где вы находитесь. Такие датчики появились, к примеру, в новых SamsungGalaxy Buds2.

Итого: ANC уже отлично работает и в TWS-наушниках

Современные TWS-наушники умеют отлично фильтровать посторонние звуки — намного лучше, чем это делали первые модели с «шумодавом». При этом у них появились интеллектуальные функции и дополнительные возможности: вы можете выбирать уровень фильтрации в зависимости от ситуации, а умные алгоритмы распознают диалоги и отключают подавление звуков, чтобы можно было поговорить, не снимая наушники.

А качество фильтрации продолжает расти. Пока все системы ANC отлично справляются с монотонными звуками вроде гула прибывающего поезда или шума машин на улице. Но с развитием технологий им наверняка покорятся и речь, и одиночные резкие звуки — всё для того, чтобы можно было комфортно послушать хорошую музыку даже в TWS-наушниках.

Источник

Как работает активное шумоподавление в наушниках

Противофаза — всему голова.

Наушники с системой ANC стали самыми популярными устройствами для прослушивания музыки — шумодавы встраивают даже в самые бюджетные модели. Плюсы подавления шума очевидны: можно слушать музыку, не отвлекаясь на окружающий шум, чем бы он ни был вызван. Специально для тех, кто задумался о покупке ушей с шумодавом рассказываем, как работает активное шумоподавление в наушниках, насколько оно эффективно и к каким проблемам может привести.

Беспроводные наушники с активным шумоподавлением устроены сложнее обычных моделей. И помимо практически полного отсутствия фонового шума у них есть недостаток: из-за особенностей технологии шумодава такой гаджет может вызвать дискомфорт у некоторых пользователей.

Как устроены наушники с системой активного шумоподавления?

Среди меломанов сейчас очень популярны беспроводные наушники с шумоподавлением. Такие гаджеты составляют большую часть ассортимента всех моделей в отделах аудиотехники. Востребованность наушников такого типа объясняется отсутствием внешних шумов при прослушивании музыки. Можно ездить в метро, лететь в самолёте, гулять по городу и наслаждаться треками любимых исполнителей, не обращая внимания на гул и прочий шум вокруг.

Шумоподавление в наушниках бывает активным и пассивным. Отличия просты:

Устройства с пассивным шумоподавлением известны давно — фактически они появились вместе с открытием звукопоглощающих материалов. Активное шумоподавление — более молодая технология, запатентованная в 1936 году американцем Полом Люгом. В своём патенте Люг описал принцип подавления синусоидальных звуковых волн с помощью фазового сдвига волны, а также объяснил, как устранить шум вокруг динамика с помощью изменения полярности сигнала. Долгие годы система активного шумоподавления на основе патента Люга применялась в авиации. В потребительский сегмент она перебралась только вместе с развитием портативных MP3-плееров.

Устройство наушников с системой шумоподавления

Популярные в наши дни наушники с системой активного шумоподавления устроены просто: внутри чаши наушника устанавливается специальный микрофон, улавливающий поступающие шумы и передающий информацию на встроенный микропроцессор. Последний определяет силу шума и инвертирует сигнал, чтобы устранить помехи окружающего мира.

Как работает активное шумоподавление в наушниках

Технология активного шумоподавления (англ. Active Noise Cancelling, Active Noise Cancellation или сокращённо ANC) применяется применяется в наушниках для снижения воздействия фонового шума на барабанные перепонки слушателя. Устроена система в целом несложно: окружающий шум поступает на встроенные в гаджете микрофоны, а специальный процессор преобразует принятую волну в противоположную фазу.

Как работает активное шумоподавление в наушниках

Внутри наушника образуются две аналогичные по длине и высоте волны, находящиеся в разных фазах. Накладываясь друг на друга, они взаимоуничтожаются. Плюс системы в том, что она никак не влияет на воспроизводимый сигнал, а только устраняет лишний фоновый шум. Благодаря этому уши меломана принимают только музыку и аннулированный сигнал, который мы не можем услышать. Но всё не так идеально…

Эффективность наушников с активным шумоподавлением

К сожалению, ANC-система неидеальна. Нет ни одной модели беспроводных наушников с активным шумоподавлением, которые могли бы обеспечить полное отсутствие фона на протяжении всего диапазона, воспринимаемого человеком. Лучше всего качественный шумодав работает на частоте 100-1000 Гц. На этом отрезке диапазона достигается снижение внешнего влияния звуков до −30 дБ.

Поскольку низкие частоты человек воспринимает не столько ушами, сколько телом, используемая ANC-система малоэффективна. При обработке шумов частотой выше 1000 Гц шумодавы могут даже немного добавить фон. Это будет очень слабое шипение, услышать которое сможет не каждый пользователь.

Sennheiser PXC 480

В некоторых моделях наушников система реализована просто великолепно: надевая условные Sennheiser PXC 480, сначала создаётся впечатление, будто находишься в тихой комнате, а не в шумном метро или улице. Более того, встречаются гаджеты, в которых предусмотрено временное отключение функции ANC, а окружающие звуки слышны из акустических излучателей. Эта функция позволяет разговаривать с людьми или прослушать важную информацию, не снимая наушники.

Основные проблемы, связанные с шумоподавлением

Наушники с системой активного шумоподавления — настоящий подарок для любителей музыки, ведь окружающий шум больше не мешает слушать любимые треки. Однако подобные наушники часто становятся причиной головных болей, вызванных влиянием системы шумоподавления на мозг слушателя.

Головные боли от наушников с шумоподавлением

При всех своих достоинствах, от наушников с активным шумоподавлением может болеть голова. Некоторые пользователи гаджетов жалуются, что при длительном использовании шумодава у них начинаются мигрени. И это вовсе не миф. Причин головной боли может быть несколько, но все они связаны именно с функцией активного шумоподавления:

Всё это относится далеко не ко всем людям, но встречаются меломаны, которые не могут комфортно чувствовать себя с включенным режимом шумоподавления в наушниках. Определить, кому подходит система ANC, а кому нет наверняка невозможно. Все люди индивидуальны, и нужно подбирать устройства под себя.

Выводы

Активное шумоподавление позволяет углубиться в прослушивание любимой музыки. Устройства большинства известных брендов отличаются хорошей детализацией и качеством звука. Однако надпись «Active Noise Cancelling» на бюджетных моделях сомнительных производителей не гарантирует хорошее подавление внешнего фона и качественного звучания. Чтобы понять насколько вам подходят наушники, перед покупкой лучше воспользоваться девайсом знакомых и послушать музыку около трёх часов. Если после этого чувствуется головная боль, лучше отказаться от функции ANC, и выбрать модель с хорошо проработанным пассивным шумоподавлением.

Источник

Активное шумоподавление в наушниках и почему от него болит голова

Сегодняшний рынок представлен тысячами моделей наушников: от дешевых китайских NoName-затычек до эксклюзивных Final Audio Design, стоимостью более $8 000. Ценами движут запросы покупателей и технологии. О технологии активного шумоподавления, устанавливаемой в большинство наушников закрытого типа, мы сегодня и поговорим, а главное – выясним причины головной боли при длительном прослушивании таких «ушек».

Система активного шумоподавления. История и принцип работы

Музыка уже давно стала самым надежным компаньоном человека. Под любое настроение, состояние, эмоции и переживания всегда находится мелодия, которая может согреть и душу, и сердце, и мысли. О портативной музыке производители задумались еще в середине прошлого века. В 1979 году компания Sony представила первый кассетный портативный плеер Walkman TPS-L2. Спустя несколько десятилетий эта разработка была признана одним из величайших изобретений компании. В 1984 японский производитель, шагая в ногу со временем, выпускает первый CD-плеер Sony Discman D50. Летом 1998 на рынок врывается первый MP3-плеер – MPMan F10, емкостью 32 МБ. И все это время эволюцию плееров сопровождало развитие гарантов качественного и хорошего звука – наушников.

История развития системы активного шумоподавления (дальше – САШ) начинается в далеком 1934 году, когда изобретатель Пол Люг получает патент, описывающий принцип гашения синусоидальных сигналов, излучаемых громкоговорителем. В 1950 Лоуренс Фогель впервые применяет систему подавления шума в кабинах вертолетов и салонах самолетов.

До наушников САШ добралась еще в 1957 году, когда Уиллард Микер на представленной рабочей модели накладных наушников сумел отсечь шум на звуковом диапазоне от 50 до 500 Гц. Первая же серийная модель наушников с системой активного шумоподавления была представлена компанией Bose в конце 80-х и использовалась в авиации.

Bose Quiet Comfort: начало

Принцип работы САШ, с точки зрения физики, весьма прост. Любой звук представлен волной, а значит можно создать его зеркальное отражение – инвертированную волну, которая полностью сгасит исходную.

Внутри наушников, оснащенных системой активного шумоподавления, расположены микрофоны. Их задача – измерение уровня окружающего шума. Получаемый извне звуковой сигнал преобразуется в инвертированную волну и передается на основной динамик. Новая волна действуют в противофазе (за вычетом полезного сигнала – музыки) к шуму и, таким образом, сводит его звучание к нулю.

Головная боль

Казалось бы, использование технологии активного подавления шумов должна существенно улучшить жизнь заядлых меломанов, не представляющих пути на работу, прогулки или активного отдыха без обвивающих голову накладных наушников, музыкального драйва и ритма. Количество моделей, оснащенных САШ, действительно растет как на дрожжах. На рынке представлены наушники самых разных ценовых категорий и форм-факторов: от недорогих компактных затычек до увесистых студийных мониторов. Система шумоподавления совершенствуется с каждым днем, качество воспроизведения музыки растет, производители находят новые и новые маркетинговые решения для популяризации наушников с системой Noise Cancelling. Но есть категория людей, которая при всем своем положительном отношении к портативному звуку, вынуждена отказаться от всех технологических преимуществ «совершенных наушников» по одной простой причине – непереносимости системы активного подавления шума.

Реалии сегодняшнего рынка значительно отличаются от того, который был всего 10-15 лет назад. Перед тем, как отправляться в магазин, покупатель тщательно изучает отзывы, пересматривает и перечитывает десяток-другой обзоров, и только потом решается на покупку.

В числе отзывов, посвяшенных категории наушников с активной системой шумоподавления таких именитых брендов, как Bose, Phiaton, Sony, Beats вы найдете множество положительных моментов. Да, производители действительно сделали многое, чтобы наушники не только хорошо звучали, но и удобно сидели и отличались интересным дизайном. Вчитывайтесь в строки повнимательнее и вы увидите, что небольшой процент счастливых обладателей жалуются на постоянные головные боли и тошноту при ношении наушников с САШ. Что это – заказные отзывы конкурирующих сторон или реальность, с которой сталкивается далеко не каждый? Так почему же при использовании, казалось бы, совершенных наушников, позволяющих наслаждаться кристально чистым звуком без посторонних шумов, начинает болеть голова?

Причина первая: а когда на море качка.

Если хотя бы раз в жизни вам приходилось испытывать на себе всю горечь плачевного состояния, которое сопровождается морской болезнью – поспешу вас расстроить. Вы можете входить в категорию несчастливых 5-7% людей, для которых наушники с системой активного подавления шумов останутся бесполезным технологическим прорывом.

Морская болезнь и головные боли, вызванные наушниками с САШ, имеют много общего. В момент, когда человек спокойно отдыхает в каюте корабля, мозг понимает, что организм находится в состоянии покоя. Вместе с этим, корабль постоянно качается на волнах и это движение улавливает наш внутренний акселерометр – вестибулярный аппарат. Движущаяся в ушном канале эндолимфа раздражает нервные окончания, которые посылают импульс в мозг, давая понять, что организм находится в состоянии движения. Но ведь вы раскинулись в кресле уютной каюты!

Надев наушники с системой активного подавления шумов и отправившись на улицу, вы, сами того не понимая, обманываете мозг. Идущие на встречу прохожие, шумная трасса, гул колес, резкий ветер – органы зрения четко рисуют картинку того, что вы на улице. Но органы слуха свидетельствуют о полной тишине. Такое расхождение приводит мозг в замешательство. Увы, головная боль обеспечена.

Причина вторая: монотонный раздражитель.

Разобравшись с тем, как действует система активного подавления шумов, дедушка Ньютон сказал бы следующее: «На силу действует противосила». Такая звуковая битва и процесс интерференции в результате приводит к требуемому результату – мы устраняем ненужный окружающий шум и можем полностью погрузиться в музыку.

Вот только есть одно «но». В результате такого постоянного шумового глушения на барабанные перепонки действуют монотонные звуковые волны. Это вовсе не означает, что мы должны слышать гул или какие-либо посторонние шумы. Мозг воспринимает исключительно разнообразие звуковых тоник конкретной аудиозаписи или трека, а вот нервная система… Действие таких вибраций – это принцип, работающий в основе системы активного шумоподавления и предугадать какой организм она приведет к тошноте и головным болям, увы, невозможно.

Причина третья: тишина – не всегда спокойствие.

В научно-исследовательских институтах и лабораториях, занимающихся изучением звука и звуковых волн, существуют так называемые «абсолютно тихие комнаты». Они сконструированы таким образом, что позволяют блокировать до 99,9% всех шумов. Именно в таких помещениях тестируют высококачественное и дорогостоящее звуковое оборудование всемирно известные бренды.

Представьте, что вы очутились в такой комнате. Спустя несколько секунд вы начнете слышать писк комара. Через несколько минут – урчание живота и стук сердца. Пять минут пребывания в абсолютной тишине начнут нагонять на организм состояние тревоги и волнения. Больше 45 минут в таком помещении не выдерживал ни один человек.

Несмотря на то, что во время прослушивания музыки в наушниках с системой активного шумоподавления об абсолютной тишине не может идти и речи, сам принцип работы САШ пересекается с той самой «абсолютно тихой комнатой». Люди, организм которых не приспособлен к наушникам такого типа, почувствуют головную боль и тошноту через 1,5 – 2 часа эксплуатации.

Причина четвертая: враг мой бас

В зависимости от высоты, все звуковые частоты при эквалайзинге принято разделять на: высокие, средние и низкие. Система активного подавления шума лучше всего справляется именно с отсечением низких частот, которыми преимущественно и насыщен окружающий нас шум улицы. Хуже всего дела обстоят с высокими, поскольку существует риск задавки полезного звукового сигнала, представленного музыкой.

Зеркальная звуковая волна, воспроизводимая в противофазе с целью подавления окружающего шума, больше всего насыщена именно низкими частотами. Низкие частоты вызывают максимальные вибрации при воздействии на жидкость, а если учитывать тот факт, что вестибулярный аппарат человека заполнен эндолимфой, то постоянные вибрации от гулкого баса и вызывают головную боль.

Причина пятая: конструкционный недостаток

Еще одной причиной, по которой владельца наушников с системой активного шумоподавления могут постоянно сопровождать головные боли является слишком тугое оголовье. Впрочем, это общая проблема накладных наушников и винить саму САШ в этом вряд ли стоит.

Конструкционная особенность любых накладных наушников заключается в упругом оголовье, которое должно удерживать их на голове. Постоянное напряжение на височную зону приводит к повышению давления. Спустя несколько часов эксплуатации таких «тугих» наушников возникает головная боль и тошнота.

Как избежать бесполезного приобретения

Безусловно, наушники, оснащенные системой активного шумоподавления, имеют ряд преимуществ: комфорт при прослушиваниия музыки, высокий уровень детализации звука и безопасный уровень громкости. Увы, предугадать как именно отреагирует ваш организм на САШ невозможно. Перед тем, как отдать свои кровные, а затем, в прямом смысле слова, не жаловаться на головную боль, попробуйте взять наушники, оснащенные САШ, у друзей или знакомых. Помните, чтобы понять действительно ли САШ негативно влияет на ваше состояние, необходимо послушать наушники более, чем 2-2,5 часа.

Купив понравившуюся модель наушников, что называется «не глядя», согласно статье 502 ГК РФ и статье 25 Закона РФ от 7 февраля 1992 г. № 2300-1 «О защите прав потребителей», у вас есть 14 дней на возврат товара, не подошедшего «по фасону, цвету или габаритам», при соблюдении всех условий хранения. Во избежание разногласий и отказов по возврату, перед покупкой перечитайте вышеуказанные статьи и посоветуйтесь с консультантом конкретного магазина.

Источник