Трудно представить тот объем вычислений и технологий, которые необходимы современному человеку, чтобы отгородиться от окружающего мира. Удивительно, но все эти достижения прогресса, которые нужны для создания комфортной среды, умещаются в крохотных устройствах. Наука шумоподавления отталкивается от весьма простых принципов, но более надежная активная часть состоит из двух основных компонентов: микрофонов и алгоритмов.
Независимо от того, что вы предпочитаете — полноразмерные наушники или вкладыши, вы получаете некоторое пассивное шумоподавление, просто надев устройство. Это не является активной частью шумоподавления, но помогает предотвратить попадание некоторых высоких частот в ухо — представьте, что вы пытаетесь слушать разговор через стену и слышите низкий, сбивчивый звук.
В то же время для активного шумоподавления необходимо, чтобы микрофоны были направлены как наружу, так и внутрь слухового прохода. Один микрофон направлен внутрь, отслеживая звуковое давление в ушном канале и пытаясь свести его к нулю, используя петлю обратной связи. Нулевое давление означает тишину. Эта петля постоянно работает и уменьшает внутренний шум, ваш собственный голос, ходьбу или все, что вы делаете, чтобы "создать" шум в ушах.
Надевание наушников "запирает" часть этого давления, что может сделать простые вещи, такие как жевание, ходьба или разговор, раздражающими, поэтому петля обратной связи пытается воспроизвести звук, который подавляет этот внутренний шум. Суть работы весьма проста: когда микрофон между динамиком и ухом обнаруживает шум, когда музыка не воспроизводится, он отдает команду динамику начать воспроизводить что-то, чтобы подавить этот шум. Эта схема обратной связи лучше всего работает на низких частотах.
Большинство людей знает о микрофонах, направленных наружу, собирающий данные о шумах из внешнего мира. Это называется прямой связью. Какой бы шум ни звучал снаружи наушника, аудиопроцессоры работают очень быстро, точно подбирая необходимый для подавления сигнал. Все три компонента — пассивное шумоподавление, обратная и прямая связь — работают вместе, чтобы подавить как можно больше шума.
Главный враг активного шумоподавления — это время. Поскольку звук распространяется, очевидно, со скоростью звука, для математических расчетов есть всего микросекунды. Чем быстрее процессор проводит вычисления, тем выше частота, которую он может убрать. По этой причине бюджетные наушники, использующие медленные процессы, могут убирать только низкие частоты. Раньше инженерам приходилось настраивать различные фильтры вручную. Сегодня есть возможность проводить измерения и создавать цифровые фильтры, и это значительно ускоряет процесс проектирования.
Как правило, наушники-вкладыши имеют один микрофон, направленный внутрь, и несколько микрофонов, направленных наружу, одни для шумоподавления, а другие для улавливания вашего голоса во время аудиовызовов. Микрофоны хорошо улавливают низкие частоты, но размещение их как можно дальше от уха помогает захватывать более высокие частоты. Например, низкочастотная длина волны в 100 герц сможет быть "поймана" любым микрофоном. В килогерцовом диапазоне одним микрофоном уже точно не обойтись. Гарнитуры самого высокого качества могут подавлять шумы до 4 кГц. Ну а микрофоны используемые астронавтами NASA имеют допуск в 1 кГц.
Однако чистым "железом" добиться идеального результата не получится, из-за того что слух каждого человека уникален. Высокую важность имеет способность адаптации звукового чипа внутри наушников. Используя звуки, воспроизводимые устройствами, и регистрируя отоакустическую реакцию уха внутренним микрофоном, алгоритмы, на основе сложных формул, подбирают идеальные звуки, необходимые для конкретного пользователя. Большинство компаний предлагают разные размеры ушных вкладышей и стабилизирующие ленты, чтобы удерживать их на месте и улучшать прилегание. Любой воздушный зазор может снизить эффективность шумоподавления.
Наушники или вкладыши — что лучше?
Общие принципы работы применимы к шумоподавлению для наушников любой конструкции. Классические, полноразмерные наушники предлагают изначально более легкую конструкцию из-за лучшего уплотнения и пассивной блокировки, а также возможности добавления дополнительных внешних микрофонов. Но, в конечном счете, оба типа устройств используют одну и ту же технику борьбы с шумом, даже если алгоритмы немного различаются.
Так что конечная разница будет заключаться только в количестве микрофонов, скорости аудиочипа и способности наушников адаптироваться к строению вашего слухового канала.
