Как работает шумоподавление в наушниках

Шумоподавление (или шумоподавитель) — это технология или процесс удаления нежелательных звуков (различных посторонних шумов) из аудиозаписей, звуковых сигналов или фотографий. Эту технологию можно использовать в различных областях, таких как аудиозапись, обработка сигналов, фотография, видео и т. д.

Например, в аудиозаписях шумоподавление может применяться к звуку фоновых шумов, таких как шум ветра, фонового шума или к другим нежелательным звукам, для улучшения качества звучания. В фотографиях и видео шумоподавление может использоваться для отдельных мельчайших деталей, которые могут появиться из-за низкого освещения или других факторов, чтобы улучшить общее визуальное восприятие.

Технологии шумоподавления

Существует несколько методов реализации шумоподавления, включая математические алгоритмы, фильтры и использование специального оборудования. Технологии шумоподавления часто применяются в различных областях, где важна четкость и чистота звука или изображения.

Примеры применения шумоподавления:

• Аудио-шумоподавление: шумоподавление в области звука может использоваться для фильтрации фонового шума в записи или в первое время, чтобы повысить четкость звука.
• Изображения и видео: при обработке изображений и видео шумоподавление может улучшить качество изображения, уменьшив артефакты, вызванные шумом, например мерцание, зернистость и другие артефакты.
• Связь: В области связи шумоподавление может быть применено для улучшения передачи данных по каналам связи, особенно в условиях низкого сигнально-шумового отношения.
• Обработка сигналов: Шумоподавление широко используется в обработке сигналов для повышения точности измерений и выделения сигналов фонового шума.

Технологии шумоподавления (или шумогашения) широко применяются в различных областях для воздействия на звуковой сигнал или обработки сигнала информации. Эти технологии могут использоваться как в аудиосистемах, так и в различных других областях, таких как обработка изображений, связь, авиационная и автомобильная промышленность.

Вот несколько технологий шумоподавления:

• Активное шумоподавление (Активное шумоподавление - ANC): Эта технология использует микрофоны для регистрации окружающего шума, а затем генерирует специальные звуковые волны, подавляющее шум. Примерами могут служить наушники с активным шумоподавлением.
• Пассивное шумоподавление: это метод, который включает в себя использование материалов и конструкций для независимости или отражения звука, без применения электроники. Примеры включают в себя звукопоглощающие материалы в стенах помещений или в ушах.
• Адаптивное фильтрование: эта технология, используемая в цифровой обработке сигналов, где алгоритмы анализируют шумовой сигнал и максимально уменьшают его воздействие на основе данных.
• Геометрическое управление звуком: Это предполагает использование динамиков или иных устройств для создания антифазных волн и тем самым подавления шума.
• Адаптивные алгоритмы фильтрации: Эти алгоритмы могут настраиваться в первый момент времени в зависимости от изменяющихся условий, что делает их более эффективными в различных ситуациях.
• Шумоподавление в автомобилях: В автомобилях использованы технологии шумоподавления для снижения шума, который возникает вследствие работы мощного двигателя или шума ветра. Это может улучшить комфорт в салоне и повысить качество звука в автомобильных аудиосистемах.

Технологии шумоподавления применяются в различных областях, и их эффективность зависит от конкретного контекста и условий эксплуатации.

Как работает активное шумоподавление

Изначально технология активного шумоподавления использовалась исключительно в военной технике, например в наушниках вертолетчиков. Первые такие наушники были созданы в 1957 году.

В конце ХХ века в 1989 году компанией Bose были созданы первые наушники с такой технологией для бытового использования.

Технология активного шумоподавления (Active Noise Cancellation, ANC) предполагает использование микрофона для выявления окружающих шумов и их фильтрации. При активном шумоподавлении кроме микрофонов могут использоваться и иные устройства, такие как процессор. В зависимости от использованных фильтров (аналоговых или цифровых) активное шумоподавление может быть:

• С обратной связью - при этом варианте активного шумоподавления микрофоны располагаются внутри чаши наушника и улавливают те звуки, которые слышит пользователь.
• Без обратной связи - более редкий вариант активного шумоподавления, при котором микрофоны находятся снаружи чаш, поэтому очень на них очень сильно воздействует ветер и прочие внешние воздействия.
• Гибридное шумоподавления - хоть и требует в два раза больше микрофонов (внутри и снаружи наушников), при этом эффективно отслеживает, как и то, что слышит пользователь, так и внешние шумы.

Принцип работы активного шумоподавления связан с работой микрофона и процессора, которые улавливают, считывают и обрабатывают внешние шумы, генерируя после этого звуковую волну определенной частоты и длины, которая подавляет внешний шум и значительно уменьшает количество звуков, которые слышит ухо пользователя.

Весь процесс активного шумоподавления можно описать в виде нескольких этапов:

1. Выделение внешнего шума из окружающего пространства при помощи системы микрофонов.
2. Обработка и анализ полученных шумов встроенным процессором (определяется их частота, громкость, амплитуда).
3. Генерация процессором противофазной волны для подавления шума.
4. Слияния внешнего шума и созданной волны, что позволяет полностью нейтрализовать шумы извне.
5. Подача чистого звукового сигнала пользователю в наушник без посторонних шумов.

Эти этапы при использовании наушников с активным шумоподавлением идут постоянно и беспрерывно, что позволяет обеспечить пользователям чистый звук, лишенный внешних шумов. Таким образом большинство внешних посторонних звуков нейтрализуется системой активного шумоподавления и пользователь имеет возможность всецело насладиться той информацией, которую они запустили для прослушивания.

Недостатками наушников с активным шумоподавлением можно назвать их более высокую цену в сравнении с наушниками с пассивным шумоподавлением и более высокое потребление энергии, которое требуется для их работы.

Как работает пассивное шумоподавление

Пассивное шумоподавление — это метод снижения, минимизации, отражения и блокирования уровня внешнего шума без использования таких средств, как микрофоны, динамики и процессоры.

Пассивное шумоподавление в наушниках обычно осуществляется за счет внешнего звука с использованием средств, специально разработанных для разделения или блокировки звука. Вот несколько методов пассивного шумоподавления в наушниках:

• Звукоизоляция: Некоторые наушники имеют встроенные материалы, такие как пена или гель, которые позволяют снизить уровень шума и предотвратить его проникновение для пользователя.
• Закрытые конструкции: Наушники с закрытой конструкцией полностью охватывают уши, полностью блокируя прохождение внешнего звука.
• Подходящая конструкция наушников для определенного пользователя. Выбирая наушники, нужно обратить внимание насколько конкретному пользователя в них удобно и комфортно, хорошая “посадка” устройства способствует лучшей изоляции от окружающего звука.
• Использование шумопоглощающих материалов: Некоторые производители используют внутри наушников специальные материалы, которые активно улавливают и удерживают звуковые волны.
• Усовершенствованные конструкции амбушюр (наушников): Амбушюры, расположенные вокруг динамиков, могут быть специально разработаны для улучшения звукоизоляции.

Чаще всего пассивное шумоподавление используется в наушниках, которые вставляются в уши. За счет материалов амбушюр обеспечивается плотное прилегание внутри уха и соответственно блокировка внешних звуков. Однако такие наушники по многим причинам, как физиологическим, так и психологическим, подходят далеко не всем. Чтобы уменьшить негативное воздействие от прямого звукового потока, пользователям стоит более внимательно подходить к выбору типа наушников и выбору размера и формы амбушюра, который будет помещен в ухо.

Накладные наушники (полноразмерные) полностью обхватывают ухо и потому не допускают попадания внешних звуков. Но и тут стоит уделить немало внимания материалам, из которых они изготовлены. Лучшим из материалов отделки является тонкая мягкая кожа с мягким воздушным наполнителем.

Если пользователи надеются получить ощущение полной тишины в наушниках, то им стоит обратить внимание на наушники самой высокой ценовой категории, т.к. именно они способны полностью нейтрализовать внешние звуки. Большинство пользовательских стандартных моделей средней ценовой категории все же “шумят” и изолируют пользователя лишь от звуков определенного диапазона.

Хотя пассивное шумоподавление и способствует уменьшению воздействие внешнего звука, оно не настолько эффективно, чтобы полностью изолировать все виды шумов при использовании наушников. Для более эффективного подавления шума стоит использовать гаджеты, имеющие в своем устройстве , как элементы пассивного, так и активного шумоподавления. В этом случае пользователь сможет всецело насладиться прослушиванием и не отвлекаться на внешние шумовые помехи.

Если наушники оснащены элементами двух типов шумоподавления, то его качество обуславливается несколькими факторами, на которые стоит обратить внимание при выборе гаджета:

• Установленные микрофоны и их качество.
• Мощность процессора, который “отвечает” за улавливание и генерацию звуковых отражающих волн.
• Качество материалов и продуманность конструкций, которые отвечают за звукоизоляцию и шумопоглощение.