Функция ANC в наушниках

ANC — Active Noise Cancellation, активное шумоподавление. Функция активного шумоподавления (ANC) работает на основе принципа деструктивной интерференции звуковых волн. Это означает, что наушники генерируют звуковые волны, которые имеют равную амплитуду, но противоположную фазу внешним шумовым волнам. Когда эти звуковые волны складываются, они взаимно компенсируют друг друга, тем самым снижая грмкость итогового звукового сигнала. Описанный эффект называется фазовой компенсацией — явление, при котором одинаковые волны с противоположными фазами складываясь, уменьшают амплитуду результирующей, иными словами, волны взаимоуничтожают друг друга. В результате внешний шум снижается до минимального уровня, что позволяет слышать более чистый звук.

Чтобы определить, какие звуки нужно удалять, наушники снабжены микрофонами, которые регистрируют звуковые волны вокруг пользователя. Затем процессор анализирует эти данные и генерирует звук для снижения шума. Качественные наушники оснащаются сразу 2 парами регистрирующих микрофонов: внутренние и внешние. Внешние выполняют описанную выше задачу, а внутренние уже производят анализ результата работы системы и дают сигналы для ее корректировки. Это помогает избежать резонанса (усиления шума) и паразитной обратной связи.

Функция активного шумоподавления (ANC) в отличие от функции подавления шума окружающей среды ENC влияет на звук, воспроизводимый наушниками.

Основные режимы активного шумоподавления (ANC)

Существуют четыре основных типа шумоподавления, которые можно выделить.

1. Обратная связь: Микрофон расположен внутри чаши наушников перед динамиком. Это позволяет наушникам реагировать на звуки, которые вы слышите, и корректировать шумоподавление соответственно. Однако обратная связь менее эффективна в подавлении звуков в диапазоне 1–2 кГц.

2. Прямая связь: Микрофоны располагаются на внешней стороне чашек. Они быстро реагируют на внешние шумы и создают сигнал с противоположной фазой для их компенсации.

3. Гибридный подход: Этот метод комбинирует обратную и прямую связь. В нем используются два микрофона: один на внешней стороне чаши, а другой перед динамиком.

4. Адаптивный подход: Аппаратная настройка адаптивного шумоподавления аналогична гибридному подходу. Однако здесь добавляется программный процессор для автоматической регулировки уровня шумоподавления в зависимости от окружающей среды и посадки наушников. Этот метод был впервые разработан компанией Qualcomm для беспроводных наушников TWS.

История создания технологии ANC

В 1933 году Пол Люг (США) разработал теорию шумоподавления и получил патент на применение принципов интерференции при подавлении синусоидальных и иных (произвольных) звуковых сигналов в области громкоговорителя путём инверсии полярности.

Затем, в 1950-х годах, Лоуренс Дж. Фогель создал первые наушники с этой технологией. Системы Лоуренса Фогеля использовались для подавления шума в кабинах вертолётов и самолётов.

В 1957-м году Уиллардом Микером были созданы первые накладные наушники с активным шумоподавлением, которые также применялись в авиации. Система Микера была способна подавлять шумы в диапазоне от 50 до 500 Гц с затуханием на уровне 20 дБ.

В 1986-м году появились первые серийные наушники с системой активного шумоподавления (ANC). Устройство было разработано специалистами компании компания Bose Corporation Диком Рутаном и Джиной Игер. Технология впервые была реализована в авиационной гарнитуре Series I. Изначально ANC использовалась исключительно в профессиональных целях – пилотами, а затем и другими специалистами, вынужденными работать в условиях интенсивного шума. Но в 1989 году другим сотрудником Bose Corporation - доктором Амаром Бозе активное шумоподавление было адаптировано для бытового применения. В настоящее время эта технология активно применяется в бытовых наушниках BOSE, Philips, Sennheiser, Audio-Technica, SONY, JBL, в том числе TWS вкладышах.

Недостатки технологии ANC

Хотя технология шумоподавления достигла значительного развития, до сих пор она не способна обеспечить полную изоляцию от окружающего шума, особенно когда не проигрывается музыка. Наушники с активным шумоподавлением дополнительно блокируют до 30 дБ низкочастотного шума ниже 1 кГц. Однако у каждой системы есть свои недостатки, и о них также следует упомянуть.

Системы активного шумоподавления в наушниках обладают следующими существенными недостатками:

1. Потребность в дополнительном источнике питания для работы шумоподавления.
2. Возможность возникновения дополнительных негативных эффектов, таких как головная боль и неприятные ощущения при прослушивании.
3. Использование на улицах с интенсивным движением может повысить риск аварий.

Поскольку ANC для выполнения своих функций полагается на обработку сигнала, DSP требуется время, чтобы отреагировать на шум окружающей среды, который он пытаются подавить. По этой причине ANC лучше всего работает с уменьшением монотонных повторяющихся звуков, таких как постоянный гул двигателя или трансформатора. Как правило, лучше подавляется белый шум (шелест листвы, шум моря, рев самолета). Также система более эффективно подавляет низкие частоты, чем высокие. Это дает побочный эффект — речь, хоть и приглушена активным шумоподавлением, но за счёт того, что посторонний монотонный шум исчезает, разговоры слышны отчётливей и слова разобрать проще.

Для обеспечения безопасности некоторые производители выпускают гарниткры с активной системой подавления звука, но специально пропускающие и акцентирующие звуки автомобильных клаксонов, сирен и плача маленького ребёнка.

Вредны ли для здоровья ANC-наушники?

Среди отзывов о наушниках с активным шумоподавлением можно встретить рассказы о возникновении различных побочных эффектов после продолжительной или непродолжительной эксплуатации. Эти эффекты могут включать в себя головную боль, неприятные ощущения при прослушивании и психологический дискомфорт. Известно, что примерно 5-7% пользователей, регулярно использующих наушники, испытывают непереносимость к устройствам с активным шумоподавлением.

Причина заключается в том, что в течение жизни человек привыкает и адаптируется к определенному уровню шума. Музыка, как правило, отличается от других звуковых раздражителей, и эта разница заставляет мозг некоторых людей снова адаптироваться к новому, более монотонному фону, создаваемому ANC-наушниками. Кроме того, в некоторых случаях работа системы активного шумоподавления может сопровождаться собственным высокочастотным шумовым фоном, который также может вызывать головную боль и дискомфорт при прослушивании в результате его длительного воздействия.

Связанные разделы:
ENC - функция подавления шума окружающей среды в микрофонах, гарнитурах и наушниках Тональный шумоподавитель, Цифровой шумоподавитель, Атмосферные помехи, Интерференционная помеха.