Активное шумоподавление в наушниках: что это такое
Поездка в поезде, городском общественном транспорте, перелёт на самолёте, работа на многих видах производства, а порой и нахождение в офисе создают для человека заметную шумовую нагрузку. Традиционные беруши здесь мало помогают – они лишь частично приглушают звук. Попытка послушать музыку или аудиокнигу в такой ситуации через обычные наушники тоже не всегда удаётся – проникающие извне шумы мешают, а порой и заглушают звучание.
Между тем, существуют устройства, называемые в обиходе наушниками-шумодавами, которые могут одновременно изолировать от раздражающих внешних звуков и обеспечить качественное воспроизведение любимого трека.
Как устроены наушники с системой активного шумоподавления
Чтобы понять, как достигается эффект тишины в наушниках-шумодавах, нужно вспомнить школьный курс физики, а точнее – раздел под названием «акустика». Как известно, звук – это колебания молекул воздуха (или другой среды), которые передаются в пространстве.
Источник звуковых колебаний (например, удар молотка) в результате сжатия создаёт избыточное давление, подталкивающее слои воздуха, которые тоже сжимаются и давят на соседние слои.
Так волнообразно передаётся первоначальное возмущение в воздушной (или другой среде) от источника звука. Звуковая волна, как любая другая, подчиняется законам дифракции и интерференции.
💡 Дифракция – способность звуковой волны отклоняться от первоначально заданного направления и проникать за препятствие, размеры которого заметно больше её длины.
Интерференция – это усиление или ослабление колебаний в результате наложения нескольких звуковых волн в конкретной точке пространства.
Именно интерференция положена в основу принципа действия активного подавления звука. В наушник встраивается динамик, излучающий волну той же амплитуды, которая поступает извне, но в противоположной фазе. Далее волны смешиваются, и результирующая амплитуда становится практически нулевой. В итоге происходит гашение колебаний.
💡 Исторический экскурс. Исследования в области шумоподавления начались в начале ХХ века. Пальма первенства принадлежит США. В 1934 году американец французского происхождения Поль Гюг оформил патент на систему управления звуком, издаваемого громкоговорителем.
К середине века этот принцип стали применять в авиации – Лоуренс Фогель применил его в кабинах летательных аппаратов.
В 1957 году впервые были выпущены наушники с активным шумоподавлением, способные гасить волны с частотой от 50 до 500 Гц. Автором теоретической схемы и рабочей модели стал Уиллард Микер. До момента массового применения этих устройств прошло ещё тридцать лет.
Как работает активное шумоподавление в наушниках
Сегодня активное шумоподавление (от английского «Active Noise Cancelling, Active Noise Cancellation» – ANC) ) может применяться в салонах автомобилях и воздуховодах, трансформаторах и жилых помещениях, но проще и эффективнее всего сделать это в наушниках. Здесь звуковая волна заключена в пространстве всего несколько сантиметров, и соприкасается с ухом человека без дополнительных помех.
В отличие от закрытых внутриканальных наушников, которые создают пассивное подавление шума, изолируя ухо (или только слуховой проход), в наушниках-шумодавах этот эффект многократно возрастает за счёт применения электронной схемы.
Устройство современных наушников-шумодавов включает:
- микрофон (внешний и/или внутренний), который улавливает звуки из окружающего пространства;
- устройство шумоподавления;
- динамик, который создаёт антишумовой эффект и воспроизводит музыку;
- источник питания: батарейка ААА или аккумулятор.
Для того чтобы до ушей слушателя доходило как можно меньше внешних слуховых раздражителей, система активного шумоподавления использует микрофоны, улавливающие внешние звуки.
Шум, поступающий извне и воспроизводимый динамиком в противофазе, гасят друг друга, благодаря чему достигается желаемый эффект. Фазу звуков, поступающих от микрофонов, изменяет электронный блок, встроенный в наушники.
Что влияет на качество шумоподавления
Уровень шумоподавления зависит от места расположения микрофона, от качества материалов, из которых сделаны амбушюры, от способности амбрюшура устройства подстраиваться по окружающее звуковое пространство и др.
✍ Положение микрофона
Различают три типа наушников:
- без обратной связи – с внешним микрофоном;
- с обратной связью – с внутренним микрофоном;
- гибридные.
Окружающие нас звуки бесконечно разнообразны, между тем, их можно условно объединить в две большие группы: низко- и высокочастотные.
Если микрофон располагается внутри чашек наушников, система подавления шума будет максимально эффективна в диапазоне низких частот. Их используют, если нужно бороться с шумами на производстве, во время авиаперелётов, при поездке в наземном транспорте.
Микрофон, располагающийся снаружи, лучше подавляет высокие частоты, поэтому более эффективен в условиях офиса или дома.
Наиболее совершенные наушники имеют гибридную систему шумоподавления, использующие как наружные, так и внутренние микрофоны. При этом внешний микрофон отслеживает шум, поступающий извне, а внутренний контролирует погрешности и регулирует те звуки, которые доносятся до уха человека (кроме воспроизводимого аудио).
✍ Амбушюры
Эффективность наушников-шумодавов будет высока только в том случае, если их амбрюшуры обеспечивают хорошую пассивную шумоизоляцию. У полноразмерных наушников они должны быть в достаточной мере рыхлыми и мягкими, а насадки внутриканальных наушников – обеспечивать плотное соприкосновение со слуховым каналом.
✍ Адаптивные системы
Заметно повышается эффективность наушников при использовании специальных перестраиваемых фильтров. Устройства, которые выпускались до недавнего времени, были снабжены фильтрами, работающими одинаково для всех условий воспроизведения звука.
Современные наушники-шумодавы всё чаще оснащаются адаптивными системами подавления, которые могут подстраиваться:
- под слух пользователя;
- под конфигурацию наушников;
- под меняющийся характер внешних звуков.
Такими фильтрами пока оснащаются лишь дорогие модели шумодавов.
Достоинства и недостатки. Основные проблемы, связанные с шумоподавлением
Безусловно, наушники с активным шумоподавлением – это удобный способ избавиться от назойливого шума, заменив его прослушиванием любимой мелодии в хорошем качестве. Они способны создать комфорт путешественникам, снизить звуковую нагрузку в шумном производстве и помочь офисным работникам.
✍ Проблемы недорогих моделей
Между тем, ANC-устройствам, как любое техническое изобретение неидеальны. В первую очередь, это относится к недорогим моделям, которые «не успевают» создать «антишум», из-за чего, вместо обещанной тишины, человек начинает слышать дополнительные помехи.
Нередко дешёвые наушники отличает низкокачественное звучание музыки или речи во время шумоподавления.
✍ Невыполнимые задачи
Существует задачи, с которыми пока не в состоянии решить самая высокотехнологичная техника. Как показала практика, хуже всего шумодавы реагируют на детский гомон.
В целом, они ориентированы на компенсацию монтонных шумов в одном диапазоне, а, поскольку у детей каждое слово зачастую представляет собой совершенно неожиданный звук, то справиться с ним современные ANC-устройства не могут.
✍ Сюрпризы природы
Даже самые современные качественные шумоподавляющие устройства могут оказывать на человеческий организм непредсказуемое воздействие. Анализируя отзывы владельцев, производители пришли к выводу о том, что главная проблема при их использовании – несогласованность информации, которую получает человеческий мозг извне по слуховым и зрительным анализаторам. Иначе говоря – слышим одно, а видим другое.
Кроме того, звук воспринимается не только через ухо, но и всем телом – это ещё более усиливает рассогласованность. Например, человек, стоящий перед грохочущим железнодорожным составом, всем телом ощущает вибрации, видит поезд, но не слышит его.
Такие явления приводят к появлению у людей ощущений, напоминающих проявления морской болезни – тошноту, головокружение, головные и мышечные боли, ухудшение общего самочувствия.
Наушники-шумодавы подавляют низкочастотные шумы – с этим, как ни странно, связана ещё одна проблема – чувство давления в ушах, напоминающее то, которое испытывает человек при взлёте самолёта. При этом ушное давление резко возрастает по причине разницы плотности воздуха внутри ушей и снаружи. Это приводит к появлению вибрации во внутреннем ухе. Как следствие, появляются симптомы той же морской болезни.
К счастью, подобная реакция появляются далеко не у всех пользователей. Подавляющее большинство людей, составляющее 93 – 95%, хорошо переносят ANC-наушники.
Как не попасться на уловки маркетологов
Рекламные ролики, продвигающие шумодавы, создают идеализированное представление о наушниках: музыка, гремящая на корпоративе, сменяется ласкающей тишиной, ревущий младенец исчезает из поля зрения, а железнодорожный вагон с лязгающими колёсами, замещается картиной прохладного луга с едва шелестящей травой.
Между тем, сама сущность физического процесса подавления шума не позволяет создать абсолютно звуконепроницаемый кокон. Недаром компания Bose, начиная производство ANC-устройств, называла их шумоуменьшающими (что отражает сущность процесса), и только некоторое время спустя появилось название «шумоподавляющие».
Поэтому, покупая ANC-наушники, не стоит ждать мёртвой тишины, даже если в рекламном проспекте сказано, что устройство обеспечит подавление шума до – 20 дБ. Во-первых, стоит обратить внимание на предлог «до». Во-вторых, следует задаться вопросом: в каких условиях можно получить такое шумоподавление? Например, наушники с внешним микрофоном сработают в офисе, а с внутренним – в троллейбусе.
Наконец, нельзя быть полностью защищённым от недобросовестности сомнительных производителей – маркировка «Active Noise Cancelling» вовсе не гарантирует качественного подавления шума и полноценного звучания трека. Как показывает практика, перед покупкой нужно подольше послушать музыку в магазине, а если есть возможность – позаимствовать аналогичные наушники у знакомых, как минимум, на три часа.
Существует ещё одна уловка, с помощью которой понятия не только идеализируются, но и откровенно подменяются. Случается, что шумоподавляющими именуют устройства, предназначенные для гашения посторонних шумов при трансляции голоса во время разговоров. На самом деле внешние шумы не исчезают, просто речь передаётся чётче, а на качество прослушиваемой музыки такие устройства вообще не влияют.
✍ На что обратить внимание при покупке
При частых поездках в транспорте, перелётах, при работе в шумном цехе подойдут модели с внутренним микрофоном.
Только если приходится избавляться одновременно от высоко- и низкочастотных шумов, имеет смысл приобретать дорогие многомикрофонные устройства.
Современные производители выпускают как полноразмерные, так и компактные «фасолевидные» шумодавы, проводные и беспроводные, которые не мешают наслаждаться тишиной или слушать музыку в любом положении.
Сегодня в некоторых наушниках дополнительно присутствует функция, позволяющая слышать внешние звуки, не снимая их. Для этого внешний микрофон переключается в обратный режим. Таким образом, можно расслышать обращённую к человеку речь или не пропустить нужное объявление в транспорте, на вокзале или в аэропорту.
Существует ещё одна опция – возможность подключения одновременно к нескольким Bluetooth-устройствам. Например, подсоединив наушники сразу к телефону и компьютеру, можно совершать звонки, регулировать громкость музыки, включать и выключать её.
Заключение
Бесспорно, наушники с системой активного шумоподавления – одно из самых удобных устройств, которое особенно ценят интроверты. Однако, как любой девайс, оно требует обдуманного применения и учёта индивидуальных особенностей организма.
Смотрите также статьи по теме