Главная/Блог/Как работает активное шумоподавление в наушниках Bose
Как работает активное шумоподавление в наушниках Bose

Как работает активное шумоподавление в наушниках Bose

Так получилось, что сам термин «шумоподавление» в характеристиках акустической техники стал популярен совсем недавно — лет 5, ну может быть, 10 назад. Между тем изобретение технологии растянулось на долгие годы: в 1930-м было подано первое заявление на патент и только через 20 (!) лет предпринята первая попытка создать наушники-шумодавы, но результат оказался далек от совершенства.

Еще через 30 лет, в 1980-х, гарнитура с шумоподавлением только-только начала применяться в авиации, а также при полетах в космос. Идею шумоподавления претворил в жизнь изобретатель, профессор Массачусетского технологического института, доктор Амар Боуз.

изобретатель технологии шумоподавления в наушниках Амар Боуз

Он первым обнаружил, что человек оценивает звук по отраженным акустическим волнам и это легло в основу множества его изобретений, но в первую очередь, наблюдение дало толчок для создания системы шумоподавления.

В 1964 году ученый основал Bose Corporation, что само по себе удивительно: обычно человек науки и человек коммерции — это разные люди. Но Амар Боуз был особенным.

Родитель компании Bose Corporation, Амар Боуз скончался в 2013 году в возрасте 83 лет. За его жизнь представление об акустической технике изменилось до неузнаваемости, и почти все, что сейчас характеризует качественное звучание — плод научных исследований Массачусетского института. Кстати, сам ученый незадолго до смерти сделал подарок институту — бо́льшую часть акций компании Боуз. Но с замечательнейшим условием: дивиденды должны финансировать науку и образование.

Вот с такого длинного предисловия я решил начать статью о том, как работает шумоподавление в наушниках. Собственно, разговор будет как раз об изобретении Амара Боуза, именно поэтому я отвел ему так много места в своем материале.

Что такое звук

Как работает активное шумоподавление в наушниках Bose

Любой звук — это волны, которые колеблются с различной частотой. Они бывают разной длины, от которой зависит, как мы ее воспримем: услышим высокие ноты или низкие, звук будет тихим или громким.

Человеческий слух воспринимает сравнительно небольшой диапазон волн: от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Примерно столько же способна воспроизводить хорошая дорогая техника, бюджетные модели тянут чуть меньше. Но здесь важно соблюсти баланс: 16–20 000 Гц это — самый возможный минимум и максимум, который не пригождается в повседневной жизни.

Частоты выше 20 000 Гц называются ультразвуком, который человек не услышит, а значит, в акустике он попросту не нужен.

Для справки — ультразвуком общаются киты, дельфины, а также его слышат собаки и летучие мыши. Так что если вы Бэтмен — наверное, вам он как-нибудь и поможет.

Волны с частотой меньше, чем 20 Гц относятся к инфразвуку — его мы тоже не услышим, но вполне можем почувствовать. Он как Джокер — коварен в своих злодействах. Может быть природным, например, при землетрясениях, но чаще возникает при работе машин с возвратно-поступательным движением (различные станки, турбины, компрессоры или вентилятор в кондиционере офиса). Именно от долгого воздействия инфразвука появляется слабость, головная боль, бессонница. У сотрудников аэропортов и людей, живущих по соседству с трассами чаще, чем у других наблюдаются беспричинная паника, повышенная нервозность и психические расстройства.

Принцип работы шумодава

Сама идея шумоподавления сводится к следующему: есть звуковая волна, скажем, шум с улицы. Мысленно поставим ей знак «+». Чтобы получить «0» — то есть, тишину, необходимо где-то раздобыть «-». Амар Боуз решил отзеркалить волну с «+», тем самым получить вожделенный «-» и направить отзеркаленную волну против «+».

как работает шумоподавление в наушниках

Как применилось на практике — в наушник помещено 4 устройства: микрофон, который слышит все окружающие звуки, электронные детали, выполняющие роль зеркала и разворачивающие входящие шумы на 180 градусов, динамик, играющий музыку при полученном «0» от внешних звуков, аккумулятор, благодаря чьей энергии весь банкет и происходит.

система шумоподавления в наушниках

Выше я уже сказал, что техника не всегда поддерживает слышимый диапазон звуковых волн целиком. Но если мы слышим 20 – 20 000 Гц, то система шумоподавления способна справиться лишь с промежутком от 100 до 1 000 Гц. Поскольку большинство шумов относятся к низкочастотным, то диапазона сегодняшних систем шумоподавления вполне достаточно, чтобы оградить меломана от раздражающих внешних звуков.

Ограничение возникло из-за АЧХ небольших микрофонов, и, понятно, что у разных наушников диапазон шумоподавления тоже будет разным. Например, у дорогой техники выдержан диапазон 100–1000 Гц шумоподавления, а вот у дешевеньких одноразовых вариантов оно присутствует лишь в виде надписи на коробке.

Предвижу ваши вопросы и негодования: так значит шумодав не такой уж и шумодав, раз шумодавит всего-то столечко? Это даже не половина от всех слышимых частот! 

Да, но убран основной слышимый диапазон, который встречается в повседневной жизни. Слишком громкие звуки, на грани лопнувших барабанных перепонок, конечно, доберутся до вас даже с максимальным режимом шумоподавления. Но в какую ситуацию надо попасть, чтобы случилась такая громкость? Поделитесь, я просто не могу представить ничего подобного.

Кстати, шумоподавление бывает двух видов: активным и пассивным. Про длины волн, частоты и всю черную магию отвечает активное. Пассивное же это используемые материалы для наушников: силиконовые прокладки, амбушюры, конструктивные особенности — то, что препятствует внешнему звуку наподобие берушей. 

Про пассивное шумоподавление я распространяться не буду — здесь и так в принципе, все ясно. Принцип, по которому работает активное шумоподавление, уже описал, но остаются его достоинства и недостатки, а о них стоит обязательно упомянуть.

Недостатки активного шумоподавления

недостатки активного шумоподавления

У каждой идеи есть оборотная сторона, вот и у системы активного шумоподавления нашлись изъяны.

Во-первых, время работы микроконтроллера в дешевых моделях. Когда микрофон улавливает входящую волну,система шумоподавления должна тут же ее отзеркалить и направить навстречу потоку. Не всегда устройство успевает среагировать и противоположные волны уже не будут близнецами, а значит, и в «0» не уйдут.

Этот недостаток сегодня устраняется. Известно, что уже создана система, способная «видеть» приближающуюся волны и просчитать ее «-» заранее.

Во-вторых, дополнительные помехи на верхних границах. Иногда в бюджетных вариантах функция шумоподавления привносит от себя лишнее, тем самым поставив меломана перед выбором: что важнее, чистота звука или комфорт?

В-третьих, физические особенности человека. На мой взгляд, единственный недостаток, который стоит учесть, покупая качественную аппаратуру вроде Bose. За развитием технологий нельзя забывать, что слух такой же важный орган для связи с миром, как зрение, вкус, обоняние и осязание. 

У здорового человека примерно 16% информации поступает в мозг через слух. Так что, отрезав звуки внешнего мира, мы обманываем свой мозг, утаивая эти 16%.

Например, четырьмя органами чувств мы знаем, что находимся в деловом центре города, а слух заявляет что нет, мы в тихой уютной комнате. Возникает внутренний конфликт, серое вещество не знает кому верить. Поэтому у людей, страдающих морской болезнью, или у тех, кого укачивает в транспорте, могут проявиться симптомы недугов: тошнота, головная боль, усталость.

Но таких чувствительных людей немного — всего 5–7%. Риск, что вы окажетесь в их числе, очень мал, однако, лучше это проверить перед дорогой покупкой.

Помимо аттракциона «обмани мозг» есть еще один недостаток, заложенный в нас природой. Мы не выносим полной тишины. Для тестирования оборудования крупных производителей созданы специальные комнаты, где блокируются абсолютно все посторонние звуки. 

Чтобы проверить качество акустики, подобное изобретение — идеальное решение, а вот человек не может находиться в ней дольше 45 минут (это предельный срок, многим становилось плохо гораздо раньше). Так как шумодавы такой абсолютной тишины не создают, то и переживать по поводу плохого самочувствия не стоит, однако послушать минут 5 знакомый трек в наушниках перед покупкой все-таки не помешает.

Достоинства системы шумоподавления в наушниках

достоинства системы активного шумоподавления в наушниках

Технологии постоянно развиваются, и уже сегодня производители устранили много недостатков (не физиологических, конечно). Шумодавы прекрасно справляются с монотонными звуками метро, оборудования на заводах, уличного шума. 

Некоторые модели удивляют своим маленьким размером, при том, что работают они так же хорошо, как и громоздкие тяжелые тарелки десятилетие назад.

Продуктивность работников в офисах типа опенспейс увеличивается в несколько раз благодаря повышению сосредоточенности на задаче, нервозность и усталость заметно снижаются за счет отсечения лишнего шума.

Перелеты и долгие поездки проходят с большим комфортом, ведь технология активного шумоподавления помогает расслабиться.

Подводя итоги скажу, что иметь наушники-шумодавы куда приятнее, чем просто наушники. Это и более профессиональный звук, и комфорт. К тому же уровень шумоподавления везде регулируется до удобного пользователю. Его можно отключить совсем, поставить на середину или немного прибавить/убавить. Редко когда кто-то пользуется максимальным шумоподавлением, по крайней мере, я таких людей не знаю.

Если вы только собираетесь познакомиться с шумодавами, зайдите в официальный фирменный магазин, послушайте любимую композицию. С непривычки может возникнуть ощущение, что заложило уши, это нормально. Скоро адаптируетесь под хороший звук и музыка приятно вас удивит. Смело покупайте шумоподавляющую модель!

Марк Авершин, приглашенный эксперт