Jesteś wyczerpany. Podróż do pracy dobiegła końca. Jedyne, czego chcesz, to odłączyć się od rzeczywistości, słuchając ulubionej playlisty. Ale miasto ma swoje własne plany. Na pobliskiej budowie brzęczy wiertarka udarowa. Trąbią klaksony samochodowe. Głosy krzyczą ponad ogólnym hałasem. To wystarczy, żeby doprowadzić każdego do szaleństwa.
Pojawiają się słuchawki z redukcją szumów. Obiecują ciszę. Albo chociaż jego rozsądną imitację. Ale czy naprawdę to zapewniają? I co ważniejsze, jak dokładnie wykonują tę sztuczkę?
Zajrzyjmy pod maskę.
Dwa rodzaje izolacji akustycznej
Nie wszystkie techniki redukcji szumów w słuchawkach są sobie równe. Istnieje znacząca różnica pomiędzy pasywną redukcją szumów a aktywną redukcją szumów. Zamieszanie między nimi prowadzi do wysokich oczekiwań.
Izolacja pasywna działa dokładnie tak samo, jak wysokiej jakości zatyczki do uszu. To jest bariera fizyczna. Zatyczki do uszu lub nauszniki umieszcza się w kanale słuchowym lub zakrywa ucho. Blokuje fale dźwiękowe przed uderzeniem w błonę bębenkową ze względu na swoją masę i szczelność.
Ta metoda jest prosta. Jest skuteczny w przypadku dźwięków o wysokiej częstotliwości. Dobrze radzi sobie z odgłosami śpiewu ptaków, brzękiem naczyń czy odległą pogawędką. Ale on ma ograniczenia. Buczenie o niskiej częstotliwości? Zwykle przecieka przez barierę.
Aby go zablokować, potrzebujesz ciasnego dopasowania. Jeśli słuchawki są luźno dopasowane, może dojść do wycieków. Dźwięk przenika do środka. Izolacja nie działa. Niektórzy ludzie uważają, że ciasno dopasowane monitory douszne są niewygodne. Ciśnienie rośnie. Po godzinie może zacząć się ból głowy. To cena za fizyczne blokowanie dźwięku.
Wyjaśnienie aktywnej redukcji szumów
Aktywna redukcja szumów, czyli ANC (aktywna redukcja szumów), to bardziej złożone podejście. Nie zależy to od szczelności. Opiera się na fizyce. Mianowicie na zasadzie destrukcyjnej interferencji.
Oto podstawowy mechanizm:
- Mikrofony odbierają dźwięk. Małe mikrofony na zewnątrz muszli słuchają otoczenia. Wykrywają nadchodzące fale dźwiękowe.
- Procesor analizuje dźwięk. Wewnętrzny chip słuchawek bada kształt fali. Określa częstotliwość i amplitudę niepożądanego hałasu.
- Wytwarzany jest dźwięk tłumiący. System tworzy nową falę dźwiękową, która jest dokładnym przeciwieństwem hałasu. Nazywa się to sygnałem „przeciwszumowym”.
- Fale zderzają się. Fala przeciwszumowa spotyka się z nadchodzącą falą szumową. Szczyty jednej fali wypełniają doliny drugiej.
Jaki jest wynik? Hartowanie (tłumienie).
To jak spotkanie dwóch fal oceanu. Jeśli jedna fala jest wysoka, a druga niska, znoszą się one nawzajem. Woda staje się gładka. W świecie audio „płaski” oznacza cichy. Albo coś zbliżonego.
„ANC nie tworzy ciszy. Eliminuje pewne powtarzające się dźwięki o niskiej częstotliwości.”
Proces ten zachodzi w milisekundach. Twój mózg ledwo zauważa opóźnienie. Po prostu mniej słychać szum silnika autobusu lub turbiny samolotu.
Co dokładnie usuwa ANC?
ANC to nie magia. To nie jest przycisk wyciszenia wszystkiego. Ma trudności z niektórymi rodzajami dźwięków.
Najlepiej współpracuje z:
* Hałas silnika
* Hałas w kabinie samolotu
*Rycząca klimatyzacja
* Wibracje torów kolejowych
Te dźwięki są ciągłe. Są przewidywalne. Algorytm może je śledzić i skutecznie generować falę przeciwfazową.
Ma trudności z:
* Mowa ludzka
* Nagłe głośne dźwięki (takie jak pękanie rury wydechowej)
* Wysokie dźwięki (takie jak szczekanie psa)
Dlaczego? Ponieważ mowa jest chaotyczna. Szybko zmienia wysokość i głośność. System nie może
To nie przypadek, że aktywna redukcja szumów stała się złotym standardem dla słuchawek. Nie polegamy już na grubej piance ani grubym plastiku, aby odciąć się od świata zewnętrznego. Zamiast tego używamy niesamowicie sprytnego dzieła inżynierii, które obraca chaos otaczającego nas świata przeciwko sobie. Technologia opiera się na zasadzie „anti-hałasu”: generowana jest fala dźwiękowa, która jest specjalnie zaprojektowana, aby zniszczyć nadchodzącą.
Ale jak usunąć dźwięk? Nie można po prostu nacisnąć przycisku „usuń” dla określonej częstotliwości.
Wewnątrz nauszników znajduje się mikrofon zewnętrzny. Jego jedynym zadaniem jest słuchać. Wychwytuje w tle szum silnika samolotu, rozmowy w kawiarni lub hałas systemu klimatyzacji. Dane te są natychmiast przesyłane do maleńkiego procesora. Elektronicy nie tylko słyszą hałas, oni go analizują. Tworzy mapę przebiegu.
Wyobraź sobie strunę do gitary. Kiedy szarpiesz strunę E o małej oktawie (E), zaczyna ona wibrować z określoną prędkością i siłą. Te właściwości fizyczne decydują o tym, co słyszymy. W akustyce parametry te nazywane są amplitudą (jak głośna lub silna jest fala) i częstotliwością (jak szybko wibruje). Mikrofon rejestruje dokładnie te parametry ze świata zewnętrznego.
Niszczycielska ingerencja w działanie
Gdy procesor rozpozna kształt przychodzącego dźwięku, tworzy jego lustrzane odbicie. To jest działanie przeciwhałasowe. Jeśli przychodząca fala dźwiękowa ma szczyt – najwyższy punkt ciśnienia – wówczas przeciwszum generuje odpowiednią dolinę, najniższy punkt o tej samej wartości. Kiedy te dwie fale się spotykają, znoszą się nawzajem.
Zjawisko to znane jest jako interferencja destrukcyjna. Jest to podstawowa zasada fizyczna, która ma zastosowanie do wszystkich fal, nie tylko fal dźwiękowych. Wyobraź sobie, że rzucasz dwa kamienie na przeciwne końce wanny. Z każdego kamienia wydobywają się fale. Jeśli zostanie wyrzucony w idealnym momencie, szczyt jednej fali spotka się z doliną drugiej. W centrum woda staje się spokojna. Płaski. Cichy.
To jest dokładnie to, co dzieje się w twoim uchu. Hałas i przeciwszum zderzają się i neutralizują, zanim jeszcze pobudzą nerw słuchowy. Rezultatem jest nie tylko cichsza praca. To jest cisza. Lub maksymalna możliwa bliskość, na jaką pozwala fizyka.
Dlaczego wciąż słyszysz otaczający Cię świat?
Spacer po ruchliwym mieście z włączoną aktywną redukcją szumów nie oznacza, że jesteś zanurzony w próżni. Wygłuszanie dźwięków ruchu drogowego i pieszych wydaje się ryzykowne, wręcz lekkomyślne, ale technologia ta nie została zaprojektowana w celu zapewnienia absolutnej ciszy. Nawet najlepsze na rynku słuchawki redukujące hałas przepuszczą trochę dźwięków otoczenia.
Część tego zjawiska wyjaśnia fizyka. Żadna nakładka na uszy nie pasuje idealnie do Twojej głowy. Ta niewielka szczelina działa jak wyciek, umożliwiając zewnętrznemu hałasowi całkowite ominięcie materiału tłumiącego. Ale jest drugi, jeszcze bardziej fascynujący powód, dla którego pozostajesz świadomy tego, co dzieje się wokół ciebie: przewodnictwo kostne.
Twoje ciało nie jest tylko biernym obserwatorem. Kości czaszki wychwytują wibracje pochodzące z głośnych dźwięków otoczenia i przekazują je bezpośrednio do ucha wewnętrznego. Omija to normalne funkcjonowanie błony bębenkowej. Żadna ilość magii elektronicznej w Twoich słuchawkach nie jest w stanie zatrzymać wibracji, które już przechodzą przez Twoje kości.
Fizyka częstotliwości i czasu
Prawdziwym ograniczeniem redukcji szumów jest sposób, w jaki radzi sobie z różnymi rodzajami dźwięku. Wyjątkowo dobrze radzi sobie z niskimi częstotliwościami. Ten niski, ciągły szum silnika samolotu czy grzmiący ryk odległego ruchu ulicznego? Neutralizuje z imponującą celnością.
Oto dlaczego. Aby wytłumić falę dźwiękową, słuchawki muszą wygenerować falę „antydźwiękową”, która jest dokładną odwrotnością hałasu. Aby tego dokonać, system musi nasłuchiwać świata zewnętrznego i w ułamku sekundy wygenerować przeciwny sygnał. Opóźnienie między percepcją hałasu a powstaniem „antyszumu” powinno wynosić tylko kilka milisekund.
Jeśli system działa zbyt wolno, oryginalna fala dźwiękowa dotarła już do Twojego ucha, zanim w ogóle nadejdzie sygnał redukcji szumów. To wyścig z prawami fizyki.
Problemy z synchronizacją stają się poważnym problemem w przypadku dźwięków o wysokiej częstotliwości. Wysokie częstotliwości wibrują znacznie szybciej niż niskie częstotliwości. Szybko zmieniają kształt i amplitudę, przez co trudno je dokładnie przewidzieć i przeciwdziałać. Technologia z trudem nadąża za chaotycznymi, szybko poruszającymi się falami pisku dziecka lub trzaskania drzwiami.
Tak więc, chociaż możesz czuć się odizolowany od głębokiego szumu metra, nadal będziesz słyszeć ostre, nagłe dźwięki, które wymagają Twojej uwagi. To nie jest błąd. Jest to funkcja bezpieczeństwa zbudowana w granicach inżynierii akustycznej. Nigdy nie jesteś całkowicie odcięty od świata. Świat wciąż znajduje sposób, aby się do niego dostać, albo przez pęknięcia w pieczęci, albo przez kości czaszki.
