Как работают шумоподавляющие наушники. Часть 1
Как работают шумоподавляющие наушники. Часть 1 Когда летишь на самолёте, двигатели непрерывно гудят рядом с ушами, чувствуешь турбулентность. Надеваешь шумоподавляющие наушники, включаешь ANC — и мир внезапно становится намного тише. В этот момент легко поддаться иллюзии: не испускают ли наушники какое-то поле, которое «накрывает» шум? Похоже на то. Но на самом деле они работают умнее, чем просто «перекрывать» звук: сначала улавливают шум, затем создают звуковую волну, противоположную по фазе шуму, и когда эти две волны сталкиваются, они взаимно гасят друг друга. Иллюстрация 1. Первый тип: простая изоляция, просто задерживаем звук снаружи Самый простой вариант шумоподавления — пассивное шумоподавление. Вставляешь пеновые беруши в ухо, перекрывая ушной канал; большие накладные амбушюры полностью обхватывают ухо. По сути, оба способа увеличивают сопротивление для распространения звука. Звук не проходит — и становится тихо. Этот метод хорошо справляется со средними и высокими частотами: стук клавиатуры, разговоры людей, резкие окружающие шумы. Но с низкочастотным гулом двигателей самолёта, шума метро или компрессора кондиционера он работает слабо. Причина простая: низкочастотные звуки имеют длинную волну, они лучше проходят сквозь препятствия и огибают их. Простой слой пены и пластика не способен полностью остановить такой звук. Если не получается заблокировать — сменим подход: будем гасить волну. Тут и вступает в работу активное шумоподавление, то есть ANC. Второй тип: не блокируем звук, а действуем «против него» Вот ядро принципа активного шумоподавления. Звук — это волна. Когда звуковая волна движется, воздух попеременно сжимается и разрежается. Если изобразить волну графиком, мы увидим пики и впадины. Если две волны одинакового направления накладываются друг на друга: пик совпадает с пиком, впадина с впадиной — звук усиливается. Это называется синфазным сложением. Но если вторую волну развернуть наоборот: пик первой волны попадает на впадину второй, а впадина первой — на пик второй. При столкновении они ослабляют друг друга. Это интерференция с гашением. Идеальный случай — создать обратную волну со сдвигом фазы примерно на 180 градусов. Исходный звук: пик, впадина, пик. Волна, создаваемая наушниками: впадина, пик, впадина. При встрече обе волны гасятся. Всё, что делают шумоподавляющие наушники — генерируют обратную звуковую волну, чтобы погасить исходную. Именно поэтому ANC отлично работает с стабильным низкочастотным шумом: гулом самолётных двигателей, метро, кондиционеров. Такие звуки непрерывные, регулярные и легко предсказуемые. Иллюстрация 2. Но как наушники понимают, какую обратную волну создавать? Всё зависит от ключевых деталей внутри наушников. Первое — микрофоны. У некоторых наушников передовая конструкция: микрофон снаружи, он заранее собирает звуки окружения. Есть обратная конструкция: микрофон внутри наушника, он отслеживает, какой шум остался в ушном канале. Более продвинутый вариант — гибридный ANC: микрофоны стоят и снаружи, и внутри. Сначала внешний микрофон слушает окружение, затем внутренний проверяет остаточный шум. Далее записанный звук поступает в цифровой сигнальный процессор (DSP) или специальный чип шумоподавления. Он быстро анализирует частоту, фазу шума, рассчитывает нужную обратную волну и передаёт сигнал динамику для воспроизведения. Весь процесс происходит за миллисекунды. Ты только услышал гул двигателя, а чип уже проанализировал: «Это низкая частота». И сразу формирует обратный сигнал. Продолжение поста #технологии #наука #китай #наушники