Только без шума: как работает система активного шумоподавления

Active Noise Cancelling (ANC) — это технология, которая используется для подавления фонового шума. Теперь она все чаще встречается даже в компактных беспроводных наушниках. Рассказываем, как работает ANC.

Только без шума: как работает система активного шумоподавления

Современная жизнь полна всевозможных раздражителей. Интенсивный дорожный трафик, шумные поездки в метро и не самые спокойные соседи часто не позволяют нам в должной мере наслаждаться музыкой. Поэтому неудивительно, что многие производители снабжают наушники системами активного и пассивного шумоподавления.

Активное и пассивное шумоподавление: как это работает

Самый простой способ отсечь лишние шумы — это использовать пассивное шумоподавление. Оно особенно эффективно с внутриканальными, накладными и полноразмерными наушниками. Но если в двух последних случаях всё легко и просто — вам достаточно надеть наушники и наслаждаться звуком, то в случае с внутриканальными наушниками придётся приложить немного усилий.

Дело в том, что эффективность пассивного шумоподавления напрямую зависит от того, насколько плотно наушники прилегают к ушам или голове. Поэтому в комплекте с внутриканальными наушниками обычно поставляется несколько пар насадок разного размера: уши у всех разные, и пользователю необходимо подобрать подходящие именно ему амбушюры. Они не должны давить, но и не должны оставлять зазор для звуковых волн.

Как бы там ни было, но никакое пассивное шумоподавление не в состоянии полностью избавить вас от шумов. Это прекрасно понимают и производители наушников, уделяющие всё больше внимания развитию систем активного шумоподавления. Принцип работы таких систем основан на интерференции звуковых волн и, по сути, не меняется с 30-х годов прошлого века.

На внешней стороне наушников с активным шумоподавлением установлены фиксирующие внешние шумы микрофоны. Полученная ими информация передаётся на DSP-процессор наушников, который анализирует волны, генерируя звук с той же амплитудой, но обратной фазой (противофазой). Получившийся «антизвук» воспроизводится динамиками наушников, и звуковые волны гасят друг друга в процессе интерференции.

На практике это ещё сложнее, чем кажется. Разработка эффективной системы активного шумоподавления сталкивается с целым рядом проблем, причём особенно остро они проявляются в откровенно бюджетных наушниках. В первую очередь это касается недостаточно мощного микроконтроллера таких моделей, который неспособен своевременно реагировать на изменение звукового фона: ему может не хватить времени на обработку звука и преобразование его в антизвук до того, как исходная волна пройдет путь от внешнего микрофона до динамика наушника. В этом случае ни о какой интерференции не может быть и речи.

Samsung

Другой важный момент касается качества звучания. Многие владельцы дешёвых наушников с ANC отмечают ухудшение качества звука при работе активного шумоподавления. Не стоит забывать и об особенностях звуковых волн. Большая длина низкочастотных волн позволяет сглаживать неизбежные расхождения в фазе обычной и инвертированной волны. В результате активное шумоподавление лучше всего справляется с монотонным шумом в диапазоне частот от 100 до 1000 Гц, на который, например, приходится гул дорожного трафика. В свою очередь, в случае с высоко- и среднечастотными звуками эти ошибки приводят к недостаточно эффективному гашению звуковых волн и появлению дополнительного свиста.

Когда отсутствие звуков — ещё и проблема

Долгое время наушники с системой шумоподавления были прерогативой накладных моделей, но со временем они стали появляться и в полностью беспроводных наушниках (True Wireless Stereo, TWS). Одними из первых, кто реализовал ANC в компактном формфакторе, стал Samsung с его наушниками Galaxy Buds Live. Эта во многом экспериментальная модель получила крайне необычный анатомический дизайн, за который она была прозвана «фасолинами». Наушники отлично справляются с шумом ветра и определённым диапазоном нежелательных звуков, но за счёт открытого типа эффективность шумоподавления всё-таки чуть ниже, чем во внутриканальных наушниках.

Чуть позже помимо самой ANC стали появляться функции управления шумоподавлением. Дело в том, что традиционные (неотключаемые и нерегулиуемые) системы шумоподавления иногда создавали проблемы. Например, чтобы поговорить с коллегой или кассиром в метро, нужно было снимать хотя бы один наушник. К тому же при нахождении на улице полная изоляция всё же небезопасна: вам может просигналить автомобиль или крикнуть велосипедист, а вы этого не услышите.

Наушникам добавили режим прозрачности: в этом режиме микрофоны улавливают звуки окружающего мира и «подмешивают» их к музыке. У Samsung в новых наушниках Galaxy Buds Pro, которые вышли уже в этом году, дебютировала инновационная система интеллектуального переключения между режимом шумоподавления и звуковым фоном: наушники самостоятельно определяют, когда человек начинает говорить, и автоматически усиливают внешние звуки, при этом приглушая громкость музыки, делая тем самым общение более комфортным. Так что системы активного шумоподавления постепенно становились интеллектуальными, одновременно наращивая эффективность за счёт новых технологий.

Но шумное окружение мешает не только слушать музыку, но и использовать наушники в качестве гарнитуры. Если вы пробовали поговорить на улице, наверняка, собеседники жаловались вам на шум ветра или транспорта, из-за которого трудно различить речь. «Шумодав» научили работать и в этом направлении. А частности, за счет использования  датчиков костной проводимости: они улавливают вибрацию, которая распространяется по черепу при разговоре. Таким образом удаётся довольно точно фильтровать речь, к тому же при обработке сигнала используется нейросеть, обученная на реальных шумах. Она распознаёт типовые шумы вроде ветра или гула транспорта, поэтому собеседник хорошо вас слышит вне зависимости от того, где вы находитесь. Такие датчики появились, к примеру, в новых SamsungGalaxy Buds2. 

Итого: ANC уже отлично работает и в TWS-наушниках

Современные TWS-наушники умеют отлично фильтровать посторонние звуки — намного лучше, чем это делали первые модели с «шумодавом». При этом у них появились интеллектуальные функции и дополнительные возможности: вы можете выбирать уровень фильтрации в зависимости от ситуации, а умные алгоритмы распознают диалоги и отключают подавление звуков, чтобы можно было поговорить, не снимая наушники.

А качество фильтрации продолжает расти. Пока все системы ANC отлично справляются с монотонными звуками вроде гула прибывающего поезда или шума машин на улице. Но с развитием технологий им наверняка покорятся и речь, и одиночные резкие звуки — всё для того, чтобы можно было комфортно послушать хорошую музыку даже в TWS-наушниках.

Читайте также: