Как работают наушники с активным шумоподавлением?

Окружающий мир — громкое место, и иногда его нужно немного приглушить. Сейчас почти каждая пара хороших беспроводных наушников оснащена системой активного шумоподавления (ANC). Одним нажатием кнопки наушники отсекают входящий шум, позволяя вам наслаждаться музыкой или другими звуками, которые сейчас важны.

Это впечатляющая функция, особенно если понимать, как она работает на самом деле.

Что такое звук?

Прежде чем мы перейдем к объяснению, как наушники размером с фасолину могут приглушить рев реактивных двигателей, нужно вникнуть в некоторый контекст.

То, что люди воспринимают как звук, является результатом колебательных движений частиц воздуха, по простому – звуковых волн. Наши барабанные перепонки представляют собой тонкие мембраны, чувствительные к перепадам давления воздуха, которые заставляют их вибрировать. Затем эти вибрации проходят через кости в нашей голове, чтобы в конечном итоге достичь части мозга, называемой слуховой корой. Именно она интерпретирует то, что какие звуки мы слышим.

Наушники с костной проводимостью посылают соответствующие вибрации в мозг прямо через ваш череп.

Звуковые волны могут быть очень мощными. Вспомните, как вы ощущали особенно громкие или басовые звуки, например музыку на концерте, буквально всем телом. Громкие звуки вытесняют много воздуха за короткий промежуток времени — и этого может быть достаточно, чтобы почувствовать реверберацию, например, в грудной клетке.

Возможно, вы видели изображения звуковых волн, представленных в виде схематического рисунка. Ось Y на таких графиках представляет амплитуду звуковой волны, которую можно рассматривать как величину вытеснения воздуха. Большее давление означает более громкие звуки и, соответственно, более высокие волны на графике. Расстояние между пиками по оси X является длиной звуковой волны. У высокочастотных звуков волны короткие, а у низкочастотных – длинные.

Как работает активное шумоподавление?

Если вкратце: в шумоподавляющих наушниках есть встроенные микрофоны для прослушивания окружающего звука, и процессор, который его анализирует и создает антишум, необходимый для нейтрализации звуковых волн.

Это может звучать как научная фантастика, но обратите внимание на форму звуковой волны. Ее амплитуда технически отображает сжатие и декомпрессию воздуха. Антишум имеет аналогичную длину, что и целевая звуковая волна, но ее фаза инвертирована – то есть волны являются зеркальным отражениям друг друга. Это означает, что, если звуковая волна шума вызывает отрицательное давление воздуха, волна антишума вызывает положительное давление (или наоборот). Проходя через наушники они накладываются и выравниваются, что приводит к снижению громкости звуков из окружающей среды.

Существуют ограничения на то, что могут сделать наушники с шумоподавлением. Если вы использовали подобные модели, то, вероятно, заметили, что они отлично справляются с приглушением монотонных шумов, вроде гудения кондиционера или двигателя внутреннего сгорания. Но обычно ANC плохо работает с голосами людей, и другими резкими звуками. Это объясняется тем, что последовательный низкочастотный шум относительно легко предсказать и противодействовать ему с помощью антишума (напомним, что НЧ имеют длинные звуковые волны). И куда сложнее реагировать на нерегулярные, резкие высокочастотные звуки (короткие волны). Они способны «пробить» защиту ANC, которая просчитывается процессором в режиме реального времени.