15/05/2021
Как работает шумоподавление в наушниках и почему оно спасает не от всех внешних звуков - Лайфхакер
Разбираемся, как действует шумоподавление в наушниках, и выясняем, почему безжалостная физика не даёт таким системам создать идеальную тишину.
Как работает активное шумоподавлениеТехнология активного шумоподавления перекочевала в бытовую технику из военной: уже в середине XX века такие системы использовались для снижения уровня шума в кабинах самолётов и вертолётов. Первые накладные наушники с активным шумоподавлением были созданы The History of Headphones для вертолётов в 1957 году.Для домашнего применения технологию адаптировала компания Bose — именно её наушники и стали шумоподавляющими первопроходцами на рынке бытовой электроники в 1989‑м.Принцип работы таков: система микрофонов определяет уровень шума вокруг наушников, а потом сигнал с такой же амплитудой, но в противофазе воспроизводится в динамиках. В итоге волны шума и антишума взаимно гасят друг друга. Конечно, для того, чтобы создавалась противофазная волна, нужно, чтобы наушники были подключены к какому‑нибудь источнику питания, потому такая система и называется активной.Изображение: Алина Ранд / ЛайфхакерРеализовать её на практике не так просто, как кажется. Всё дело в самой природе звука. Сгенерировать сигнал в противофазе — сложная задача: её нужно успеть выполнить быстро и точно. Быстро, потому что шум может меняться, например в кафе то чашки стучат о блюдца, то кого‑нибудь поздравляют с днём рождения, то есть непостоянный звуковой фон и под него нужно подстраиваться. Точно, потому что отклонение между фазой и противофазой может привести к неприятным искажениям.Именно поэтому лучше всего активное шумоподавление справляется с монотонными низкочастотными звуками вроде гула двигателей самолёта или вентиляции. У них более‑менее постоянная амплитуда, да и длина волны у низких частот достаточно большая и прощает некоторое расхождение сигналов в фазе и противофазе. В случае с кафе основу шума создают средне- и высокочастотные звуки, у которых длина волны намного меньше и амплитуда меняется резче — требования к противофазному сигналу у них выше.Современные системы активного шумоподавления пока что не обладают достаточной вычислительной мощностью для того, чтобы уводить в тишину разговоры посторонних людей и внезапный грохот. Но с монотонным фоновым шумом они справляются хорошо.Как работает пассивное шумоподавлениеПомимо активного шумоподавления есть ещё и пассивное. Это, можно сказать, звукоизоляция: надеваешь наушники — и всё вокруг становится приглушённым. Оно не требует электричества и зависит только от того, насколько плотно устройство прилегает к ушам и голове. Если есть хоть какой‑то зазор — шум будет слышен.Именно поэтому в комплекте с внутриканальными наушниками идут сразу несколько пар насадок, различных по размеру: уши у всех разные, подобрать идеальные амбушюры иногда непросто. Если они будут сидеть не очень крепко, гаджет не обеспечит должного уровня звукоизоляции.Но идеально подобранные насадки эффективно гасят как раз тот самый шум, с которым активное шумоподавление справиться не может: средние и высокие частоты, резкие, внезапные звуки. Потому что эта схема не полагается на скорость работы электроники, а попросту глушит всё вокруг, хоть и не до полной тишины.Насадки-«ёлочки» обеспечивают наиболее плотное прилегание. Изображение: MotanarВ полноразмерных наушниках с большими чашками пассивное шумоподавление тоже играет немалую роль. Чем плотнее амбушюры прижимаются к голове, тем меньше слышно шума и тем меньше о вашей музыке узнают те, кто находится неподалёку. Но если у внутриканальных наушников можно поменять неподошедшие насадки, то с полноразмерными, плохо сидящими на голове, ничего не поделать.И всё равно идеальной тишины с таким гаджетом не добиться. Причина опять кроется в природе звука и в материалах. Звук распространяется там, где есть среда. Помешать ему могут физические преграды, поэтому можно попросту закрыть уши руками и заглушить мир вокруг. Однако для того, чтобы добиться полной звукоизоляции, нужно использовать специальные звукопоглощающие материалы. Помните большие строительные наушники, которые носят для защиты от резких звуков, например отбойного молотка? В них нет никакой электронной начинки — они просто накрывают уши, создавая для шума физическую преграду и освобождая руки. При этом они всё равно не дают полной тишины: отбойный молоток слышно, хоть и глухо.Чтобы получить в таких наушниках максимальную звукоизоляцию, нужно добавить больше поглощающего материала, из‑за чего они станут заметно тяжелее и объёмнее. А теперь представьте, что к уже прибавившим в весе наушникам придётся подключить всю необходимую электронику. Модель станет очень тяжёлой.Конечно, производители совершенствуют и материалы, из которых изготавливаются наушники, и их электронную начинку, но до создания идеальной тишины им пока далеко. Сейчас они пытаются соблюдать баланс между комфортом использования и эффективностью предлагаемых функций.Что влияет на качество шумоподавленияНа рынке есть множество компаний, предлагающих наушники с активным шумоподавлением, но как понять, у кого оно лучше всех?Можно взглянуть на характеристики. Например, чем больше микрофонов, работающих в системе шумоподавления, тем точнее будет считываться окружающий уровень гула и тем правильнее станет строиться противофазный сигнал. Чем мощнее и современнее процессор, тем быстрее система будет реагировать на изменения в шуме вокруг. Теоретически.Некоторые компании предлагают даже алгоритмы персонализации шумоподавления, например Sony, Bose, Samsung, Apple. У наушников, оснащённых такими системами, помимо микрофонов, слушающих шум снаружи устройства, есть ещё и микрофоны, считывающие шум внутри.Во время калибровки наушники воспроизводят тестовые сигналы, а те самые внутренние микрофоны считывают отклик. По результатам калибровки алгоритм шумоподавления корректирует свою работу: он теперь подстроен под геометрию конкретных ушей и головы.На работу системы активного шумоподавления влияет и пассивная звукоизоляция. Если наушники прилегают неплотно и пропускают шум, противофазный сигнал будет работать не так эффективно. Большинство полноразмерных наушников с активным шумоподавлением оснащены большими мягкими амбушюрами, обнимающими все изгибы головы для максимально качественной звукоизоляции.Как не попасться на уловки маркетологовПроблема наушников с шумоподавлением в том, что компании лукавят: в рекламных роликах при включении шумоподавления вечеринка сменяется звенящей тишиной, место стучащего колёсами поезда занимают безмятежные альпийские луга, а кричащий на соседнем сиденье младенец растворяется в дымке.Но в силу физики самого процесса шумоподавления такого эффекта достичь нереально. Изначально, кстати, компания Bose честно называла свои наушники Noise‑Reducing — «шумоуменьшающие», но потом, как и другие, перешла на термин Noise‑Cancelling — «шумоподавляющие».В итоге пользователи, надеясь на тишину, спускаются в таких наушниках в метро, включают шумоподавление… Завывания ветра в тоннеле пропадают, а вот студенты, рассказывающие о сдаче сессии с надрывом Станиславского, — нет. И то, как кто‑то кашлянул рядом, слышно. Глухо, но всё-таки слышно. Где же мои обещанные тишина, луга и альпийская свежесть? В мечтах. Потому что технологии пока ещё не дошли до такого уровня. При этом в маркетинговых материалах разработчики очень любят хвастаться тем, что их система обеспечивает шумоподавление, например, до −15 дБ. Первое, на что обращаем внимание, — слово «до». Второе — на то, что не указано, в каких условиях можно достичь этих −15 дБ. То есть какие‑то цифры есть, но как сопоставить их с реальностью — не очень понятно.Ещё одна уловка — подмена понятий. Бывает, что в описании наушников шумоподавлением называют систему, которая гасит шум при передаче голоса во время звонков. То есть ваш собеседник слышит вас более чётко. А вот на подавление внешних шумов при прослушивании музыки она вообще никак не влияет.Что в итогеТехнология шумоподавления в том виде, в котором её преподносят рекламные отделы производителей наушников, не существует. Более того, эффект от неё индивидуальный и зависит от физических параметров конкретного слушателя. Кому‑то полноразмерные наушники обеспечат должную пассивную звукоизоляцию, при которой активное шумоподавление будет работать хорошо. А у другого человека, например из‑за иного строения скул, наушники будут прилегать не так плотно и алгоритм окажется неэффективным. Так что всё нужно примерять.Изображение: MicrosoftМодели с активным шумоподавлением подойдут для тех, кто много передвигается в транспорте: в автобусах, поездах и на самолётах. Главная особенность таких наушников — возможность глушить монотонный низкочастотный гул, и именно он чаще всего сопровождает в поездках. Качественным активным шумоподавлением отличаются, например: Sony WH‑1000XM4, Soundcore Liberty Air 2 Pro, Sennheiser Momentum True Wireless 2, Marshall Monitor II ANC, Samsung Galaxy Buds Pro. Тем же, кто пытается спастись от шумных офисов и домочадцев, стоит уделить особое внимание посадке наушников и искать модели, максимально плотно прилегающие к голове или к ушному каналу. Такие наушники снижают уровень всего шума вокруг, в том числе и голосов. Но их по советам не выбрать: нужно примерять.Если вам попадётся модель, которая хорошо и плотно сидит и к тому же оснащена функцией активного шумоподавления, можно только порадоваться: вы получите лучшее от двух миров. Но идеальной тишины все равно не добьётесь.
