Как работает шумоподавление в наушниках

Звук в AirPods Pro

Функция шумоподавления в AirPods Pro и AirPods Max позволяет наслаждаться музыкой и избавляться от ненужного окружающего шума. Но как это работает?

В этой статье я объясню, почему мы слышим звуки, что такое шумоподавление, как оно работает внутри AirPods Pro и какие недостатки есть у этой технологии.

Что такое звук?

Давайте начнем с некоторых основ, а именно, что такое звук и как мы его воспринимаем? Говоря простыми словами, звук – это колебания в окружающей нас среде, в данном случае следует рассматривать воздух.

Окружающий нас воздух на 99% состоит из молекул азота и кислорода, между которыми имеется много свободного пространства.

Химический состав воздуха

Когда мы включаем музыку на iPhone, мембрана динамика начинает очень быстро двигаться, в результате чего мембрана взаимодействует с окружающим воздухом, а его молекулы начинают сталкиваться друг с другом в соответствии с источником звука.

Распространение звука

Это очень легко заметить, если включить музыку погромче и приложить палец к сетке динамика. Мы почувствуем, как воздух пьется на пальце.

Как мы воспринимаем звуки

Рано или поздно эти столкновения достигнут нашего уха, вернее, молекул воздуха, находящихся в нашем ухе. И эти молекулы, получив мотивацию от соседей, ударят прямо нам по барабанной перепонке.

Звук в ухе

От удара она начинает вибрировать, а вместе с ней и слуховые косточки, которые усиливают и передают колебания во внутреннее ухо, а именно так называемую «улитку», наполненную жидкостью.

Внутри улитки пузырьки воздуха преобразуются в электрические сигналы, которые передаются в мозг. Внутри улитки расположено множество чувствительных рецепторов (волосковых клеток), расположенных по всей длине.

Внутреннее ухо

У них разная степень чувствительности, и каждая часть отвечает за восприятие определенной звуковой частоты. Волосковые клетки в нижней части улитки отвечают за высокие частоты, а верхние — за низкие.

Волосковые клетки

Когда жидкость внутри улитки движется от удара молекул воздуха о мембрану, клетки начинают генерировать электрические сигналы, которые по слуховому нерву передаются в головной мозг, а мозг обрабатывает, анализирует уже полученные данные и выдает информацию, которую мы слышать.

Обработка сигналов мозга

Технически вокруг нас нет никаких звуков — это всего лишь колебания воздуха, остальное уже у нас в голове.

Звук — продукт нашего мозга.

Микрофоны работают так же, как наши уши. Молекулы воздуха ударяются о мембрану в микрофоне, которая преобразует их в электрический сигнал. По сути, мы просто записываем движение молекул на определенной частоте, а затем отталкиваем их назад с помощью динамика, чтобы воспроизвести движение и услышать звук.

Величина обмена сжатого и затхлого воздуха за одну секунду и будет частотой звуковых волн.

Переменные звуковые волны

Например, 100 чередований будут соответствовать частоте 100 герц.

Пассивное шумоподавление

Чтобы снизить уровень шума, нужно минимизировать количество попаданий молекул воздуха на барабанную перепонку. Для этих целей существует активное и пассивное шумоподавление.

Пассивное шумоподавление — это то, что влечет за собой дизайн и материалы самих наушников. Например, силиконовые беруши для вакуумных наушников или мягкие амбушюры для накладных моделей. По сути, это уровень изоляции от внешних шумов, который может обеспечить само устройство без учета каких-либо электронных компонентов или алгоритмов.

Пассивное шумоподавление

Проще говоря, это то, насколько хорошо наушники работают в качестве берушей.

Этот способ заметно размягчает пузырьки воздуха, так как молекулы уже попадают не непосредственно на барабанную перепонку, а на корпус наушников. Но корпус все же передает часть вибрации внутрь — мы слышим звуки вокруг, но заметно тише.

Активное шумоподавление

Принцип работы активного шумоподавления тоже не очень сложен, но реализация уже намного технологичнее. Если взять звуковую волну, состоящую из сжатого и разряженного участков, и противопоставить ей точно такую ​​же, но зеркальную волну (то есть разряжать сжатые участки, а разряженные участки заполнять молекулами), то они взаимно компенсируются, и Нет звука.

Активное шумоподавление

Для этих целей наушники имеют внешний микрофон или систему микрофонов, записывающих дошедший до них звук, а также процессор, который анализирует характеристики этого звука и подает на динамик наушников сигнал, подавляющий все шумы.

Как работает шумоподавление

За доли секунды беруши должны учесть внешний шум, проанализировать звучание музыки, создать новую звуковую волну, которая будет учитывать как музыку, так и движение мембраны для гашения нежелательных шумов, и только потом отправить сигнал на динамик.

Кроме того, максимальный эффект достигается и при хорошей изоляции слухового прохода. Следует внимательно отнестись к подбору насадок по размеру, чтобы наушники не выпадали, не болтались в ухе.

То есть обычные наушники-вкладыши не дадут вам приличного шумоподавления, даже если такая система заявлена ​​производителем. Например, у Samsung Galaxy Buds Live относительно неплохой звук, но из-за конструкции они сидят не очень близко к уху, а шумоподавление там чисто для галочки.

AirPods Pro шумоподавление

Но у AirPods Pro другой имидж. В комплекте с наушниками идут силиконовые амбушюры разных размеров. Если мундштук подобран правильно, шумоподавление работает эффективнее, басы звучат полнее.

Мембраны AirPods Pro

В наушниках Apple используется несколько микрофонов. Один из них улавливает внешний шум, чип обрабатывает его и компенсирует волной реверберации с помощью динамика до того, как он достигнет барабанной перепонки.

Внутренний микрофон AirPods Pro

А внутренний микрофон анализирует звук уже внутри уха и аналогичным образом подавляет оставшиеся шумы, которые все-таки пришли через вибрацию чехла наушников.

Все это происходит с частотой 200 раз в секунду, то есть очень быстро. Но это не все. Стоит отметить режим прозрачности в наушниках Apple. Это удобная функция, и она вроде как работает в другом направлении — не блокирует внешние звуки, а позволяет при необходимости послушать, что происходит вокруг.

Что внутри AirPods Pro

Целые беруши разобрать просто невозможно из-за большого количества клея и силикона, поэтому пришлось плавить пластик в ацетоне.

Сердцем наушников является фирменный чип Apple H1, основанный на архитектуре System in Package. Он отвечает за все расширенные функции наушников.

Чип H1

Внутри AirPods Pro всего три микрофона. Один внизу, который используется при разговоре, находится в самой кости. Здесь же можно увидеть датчик давления, с помощью которого мы управляем наушниками.

Первый микрофон и датчик давления

Другой микрофон немного выше. Именно он улавливает внешние шумы, передает сигналы на микросхему для анализа и обработки.

Внутренний третий микрофон слушает то, что вы слушаете. Это помогает подавить остаточный шум.

С этим динамиком AirPods Pro воспроизводит звук и подавляет шум.

Динамик AirPods Pro

Ну и конечно круглая батарея, сделанная в Германии, обеспечивает до 4,5 часов работы от одного заряда.

Аккумулятор AirPods Pro

Внешнюю мембрану можно увидеть на первом разобранном наушнике.

Шумоподавление должно работать еще лучше с AirPods Max, поскольку они используют другой, более крупный дизайн с акустически оптимизированными амбушюрами из пеноматериала, которые полностью окружают ухо. Всего внутри 9 микрофонов, 8 из которых используются для системы активного шумоподавления.

Устройство AirPods Max

Недостатки активного шумоподавления

В теории все круто, но на практике наушники с активным шумоподавлением имеют определенные недостатки. Во-первых, не все шумы могут быть эффективно подавлены. Низкочастотные звуки гораздо легче погасить, чем высокие. Происходит это из-за того, что звук метро или гул двигателя самолета настолько монотонный шум, что алгоритмам легче его определить.

Но при высокочастотных звуках чередование разряженных и сжатых участков происходит значительно чаще, чем при низкочастотных звуках. Участки с разным давлением на низкой частоте длиннее и дольше остаются неизменными.

Высокочастотные звуки

Такой звук легче опознать и погасить, чем, например, внезапные звуки голоса.

Другим недостатком является то, что у некоторых пользователей могут возникнуть головные боли при использовании активного шумоподавления. Причины могут быть разные, но технически, когда мы используем шумоподавление, мы обманываем свой мозг. Глаза видят людей вокруг, и вроде бы должны быть какие-то звуки, но в ушах почти полная тишина.

А некоторым людям сложно воспринимать полное отсутствие звуков. Человек начинает чувствовать тревогу, напряжение и так далее.

Если мы ничего не слышим в наушниках, это не значит, что на барабанную перепонку не влияет битва наушников с внешним шумом, даже если мы этого не знаем. И предсказать реакцию организма на это просто невозможно, здесь все очень индивидуально.

5-7% пользователей не смогут использовать активное шумоподавление из-за особенностей организма.

К недостаткам можно отнести и высокую цену, а качество звука в наушниках с активным шумоподавлением зачастую оставляет желать лучшего. Поэтому приличные наушники будут стоить дорого.

Даже среди обычных популярных брендов опция шумоподавления — просто маркетинговая уловка. Так что при выборе наушников внимательно читайте отзывы, а еще лучше тестируйте сами.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: