Jak funguje potlačení hluku ve sluchátkách a proč se nešetří ze všech externích zvuků

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 03:50

Nemilosrdná fyzika brání systémům potlačení hluku vytvořit dokonalé ticho.

V roce 2020 kvůli přechodu na práci z domova potřebovalo mnoho lidí sluchátka ke komunikaci s kolegy na online konferencích a distancovali se od členů domácnosti. Zvláštní oblibu si získaly gadgety s potlačením hluku: pomohly lépe se soustředit na práci díky tomu, že snížily úroveň vnějšího hluku.

Takové modely však existují již dlouhou dobu: sluchátka pro domácnost se systémem potlačení hluku se poprvé objevila již v roce 1989. Nedávno Apple na tuto funkci upozornil vydáním AirPods Pro a poté AirPods Max.

Mnozí očekávají, že sluchátka s potlačením hluku úplně „vypnou“okolní zvuk, a jsou zklamaní, když tak neučiní. Abyste pochopili, proč technologie nenapodobuje tlačítko Ztlumit, musíte pochopit, jak funguje.

Jak funguje aktivní potlačení hluku

Technologie aktivního potlačení hluku přešla na domácí spotřebiče z armády: již v polovině 20. století se takové systémy používaly ke snížení hladiny hluku v kokpitech letadel a vrtulníků. První sluchátka na uši s aktivním potlačením hluku byla vytvořena pro vrtulníky v roce 1957.

Pro domácí použití technologii upravila společnost Bose – právě její sluchátka se v roce 1989 stala průkopníky v oblasti potlačování hluku na trhu spotřební elektroniky.

Princip činnosti je následující: mikrofonní systém detekuje hladinu hluku v okolí sluchátek a poté je do reproduktorů reprodukován signál se stejnou amplitudou, ale v protifázi. Díky tomu se vlny hluku a protihluku vzájemně potlačují. Samozřejmě, aby se vytvořila protifázová vlna, musí být sluchátka připojena k nějakému zdroji energie, proto se takový systém nazývá aktivní.

Jeho implementace v praxi není tak jednoduchá, jak se zdá. Všechno je to o samotné povaze zvuku. Generování signálu v protifázi je obtížný úkol: musí být dokončen rychle a přesně. Rychle, protože hluk se může měnit třeba v kavárně, buď klepou šálky na podšálky, nebo se někomu gratuluje k narozeninám, tedy vrtkavé zvukové pozadí a je potřeba se tomu přizpůsobit. Přesně tak, protože odchylka mezi fází a antifází může vést k nepříjemnému zkreslení.

To je důvod, proč je aktivní potlačení hluku nejlepší při řešení monotónních nízkofrekvenčních zvuků, jako je hučení leteckých motorů nebo ventilace. Mají víceméně konstantní amplitudu a vlnová délka na nízkých frekvencích je poměrně velká a odpouští určité nesrovnalosti signálu ve fázi a protifázi. V případě kavárny tvoří základ šumu středně a vysokofrekvenční zvuky, u kterých je vlnová délka mnohem kratší a amplituda se výrazněji mění - mají vyšší požadavky na protifázový signál.

Moderní systémy aktivního potlačení hluku zatím nemají dostatečný výpočetní výkon, aby umlčely rozhovory cizích lidí a náhlé dunění. Dobře ale zvládají monotónní hluk na pozadí.

Jak funguje pasivní potlačení hluku

Kromě aktivního potlačení hluku existuje také pasivní potlačení hluku. Dá se říci, že jde o zvukovou izolaci: nasadíte si sluchátka – a vše kolem se utlumí. Nevyžaduje elektřinu a závisí pouze na tom, jak pevně zařízení přiléhá k uším a hlavě. Pokud je nějaká mezera, bude slyšet hluk.

Proto jsou sluchátka do uší dodávána s několika páry náušníků různých velikostí: každý má jiné uši a někdy není snadné najít dokonalé náušníky. Pokud nebudou sedět velmi pevně, gadget nebude poskytovat správnou úroveň zvukové izolace.

Ale dokonale sladěné trysky účinně tlumí přesně ten hluk, se kterým si aktivní potlačení hluku neporadí: střední a vysoké frekvence, ostré, náhlé zvuky. Protože tento obvod nespoléhá na rychlost elektroniky, ale prostě tlumí vše kolem, i když ne do úplného ticha.

U plnohodnotných sluchátek s velkými mušlemi hraje významnou roli také pasivní potlačení hluku. Čím pevněji jsou náušníky přitisknuty k vaší hlavě, tím méně hluku uslyšíte a tím méně lidí, kteří jsou poblíž, bude vědět o vaší hudbě. Pokud ale můžete vyměnit nevhodné nástavce na sluchátka do uší, pak se nedá nic dělat s plnohodnotnými, které na hlavě dobře nesedí.

A přesto nelze s takovým gadgetem dosáhnout dokonalého ticha. Důvod je opět v povaze zvuku a v materiálech. Zvuk se šíří všude tam, kde je médium. Mohou mu v tom bránit fyzické překážky, takže si jednoduše zacpete uši rukama a přehlušíte okolní svět.

Aby však bylo dosaženo úplné zvukové izolace, musí být použity speciální materiály pohlcující zvuk.

Pamatujete na velká konstrukční sluchátka, která se nosí na ochranu před drsnými zvuky, jako je sbíječka? Není v nich žádná elektronická výplň – jednoduše zakrývají uši, vytvářejí fyzickou bariéru pro hluk a uvolňují ruce. Zároveň stále nedávají úplné ticho: sbíječka je slyšitelná, i když tupá.

Pro maximální zvukovou izolaci těchto sluchátek je potřeba přidat více savého materiálu, díky kterému budou znatelně těžší a objemnější. Nyní si představte, že veškerou potřebnou elektroniku budete muset zapojit do již tak přibývajících sluchátek. Model bude velmi těžký.

Výrobci samozřejmě vylepšují jak materiály, ze kterých jsou sluchátka vyrobena, tak jejich elektronickou výplň, ale k vytvoření ideálního ticha mají stále daleko. Nyní se snaží najít rovnováhu mezi komfortem používání a efektivitou nabízených funkcí.

Co ovlivňuje kvalitu odhlučnění

Na trhu je mnoho společností nabízejících sluchátka s aktivním potlačením hluku, ale jak poznáte, kdo má nejlepší?

Můžete se podívat na charakteristiky. Například čím více mikrofonů pracuje v systému redukce šumu, tím přesněji bude načtena úroveň okolního brumu a tím správněji bude vytvořen protifázový signál. Čím výkonnější a modernější procesor, tím rychleji bude systém reagovat na změny okolního hluku. Teoreticky.

Některé společnosti dokonce nabízejí vlastní algoritmy pro snížení hluku, jako je Sony, Bose, Samsung, Apple. Sluchátka vybavená takovými systémy mají kromě mikrofonů, které poslouchají hluk vně zařízení, také mikrofony, které zachycují hluk uvnitř.

Během kalibrace sluchátka reprodukují testovací signály a stejné interní mikrofony čtou odezvu. Na základě výsledků kalibrace algoritmus redukce šumu koriguje svou práci: nyní je přizpůsoben geometrii konkrétních uší a hlavy.

Pasivní zvuková izolace také ovlivňuje činnost aktivního systému redukce hluku. Pokud jsou sluchátka uvolněná a procházejí hlukem, protifázový signál nebude fungovat tak efektivně. Většina plnohodnotných sluchátek s aktivním potlačením hluku je vybavena velkými, měkkými náušníky, které obepínají křivky vaší hlavy pro maximální zvukovou izolaci.

Jak nenaletět trikům obchodníků

Problém se sluchátky s potlačením hluku je v tom, že společnosti lžou: když je v reklamách zapnuto potlačení hluku, večírek je nahrazen zvonivým tichem, místo dunících kol vlaku zaujímá klidné alpské louky a dítě křičí dovnitř. další sedadlo se rozpustí v oparu.

Ale vzhledem k fyzice samotného procesu redukce šumu je nereálné dosáhnout takového efektu. Zpočátku, mimochodem, firma Bose svá sluchátka poctivě nazývala Noise-Reducing - "noise reduction", ale pak stejně jako ostatní přešla na termín Noise-Canceling - "noise cancelling".

Výsledkem je, že uživatelé, doufající v ticho, slezou v takových sluchátkách v metru, zapnou potlačení hluku … Kvílení větru v tunelu zmizí, ale studenti, kteří mluví o absolvování sezení se Stanislavského úzkostí, ne. A je slyšet, jak někdo poblíž kašlal. Tupé, ale stále slyšitelné.

Kde jsou mé slibované ticho, louky a vysokohorská svěžest? Ve snech. Protože technologie ještě nedosáhla této úrovně.

V marketingových materiálech se přitom vývojáři velmi rádi chlubí tím, že jejich systém poskytuje odhlučnění například až -15 dB. První věc, které věnujeme pozornost, je slovo "před". Druhým je, že není specifikováno, za jakých podmínek lze těchto −15 dB dosáhnout. To znamená, že existují nějaké údaje, ale jak je porovnat se skutečností, není příliš jasné.

Dalším trikem je substituce pojmů. Stává se, že v popisu sluchátek je potlačení hluku systém, který tlumí hluk při přenosu hlasu během hovorů. To znamená, že váš partner vás slyší jasněji. Nemá to ale vliv na potlačení vnějšího hluku při poslechu hudby.

Jaký je konečný výsledek

Technologie potlačení hluku v podobě, v jaké ji prezentují reklamní oddělení výrobců sluchátek, neexistuje. Jeho působení je navíc individuální a závisí na fyzických parametrech konkrétního posluchače. Někomu poskytují sluchátka plné velikosti adekvátní pasivní zvukovou izolaci, takže aktivní potlačení hluku funguje dobře. A u jiného člověka například kvůli jiné struktuře lícních kostí nebudou sluchátka sedět tak pevně a algoritmus bude neúčinný. Vše je tedy potřeba vyzkoušet.

Modely s aktivním potlačením hluku jsou vhodné pro ty, kteří hodně cestují v dopravě: v autobusech, vlacích a letadlech. Hlavním rysem takových sluchátek je schopnost tlumit monotónní nízkofrekvenční hučení a je to on, kdo nejčastěji doprovází na cestách. Liší se vysoce kvalitním aktivním potlačením hluku, například:

• Sony WH – 1000XM4,
• Soundcore Liberty Air 2 Pro,
• Sennheiser Momentum True Wireless 2,
• Marshall Monitor II ANC,
• Samsung Galaxy Buds Pro.

Ti, kteří se snaží uniknout z hlučných kanceláří a domácností, by měli věnovat zvláštní pozornost usazení sluchátek a hledat modely, které co nejvíce přiléhají k hlavě nebo zvukovodu. Tato sluchátka snižují hladinu veškerého hluku kolem, včetně hlasů. Podle rady si je ale nevyberete: je potřeba je vyzkoušet.

Pokud narazíte na model, který dobře padne a je dodáván s funkcí Active Noise Cancellation, můžete se radovat: získáte to nejlepší z obou světů. Dokonalého ticha ale stále nedosáhnete.