Hur brusreducering fungerar i hörlurar och varför den inte sparar från alla externa ljud

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Hänsynslös fysik förhindrar brusreduceringssystem från att skapa perfekt tystnad.

År 2020, på grund av övergången till distansarbete, behövde många människor hörlurar för att kommunicera med kollegor i onlinekonferenser och ta avstånd från hushållsmedlemmar. Prylar med brusreducering har blivit särskilt populära: de hjälpte till att fokusera bättre på arbetet på grund av att de minskade nivån på externt brus.

Men det har funnits sådana modeller under lång tid: hushållshörlurar med brusreduceringssystem kom ut så tidigt som 1989. På senare tid har Apple uppmärksammat denna funktion med lanseringen av AirPods Pro och sedan AirPods Max.

Många förväntar sig att brusreducerande hörlurar helt "stänger av" omgivande ljud, och blir besvikna när de inte gör det. För att förstå varför tekniken inte efterliknar Mute-knappen måste du förstå hur den fungerar.

Hur aktiv brusreducering fungerar

Aktiv bullerdämpningsteknik migrerade till hushållsapparater från militären: redan i mitten av 1900-talet användes sådana system för att minska ljudnivån i cockpits på flygplan och helikoptrar. De första on-ear aktiva brusreducerande hörlurarna skapades för helikoptrar 1957.

För hemmabruk anpassades tekniken av Bose – det var dess hörlurar som blev de brusreducerande pionjärerna på marknaden för konsumentelektronik 1989.

Funktionsprincipen är följande: mikrofonsystemet känner av brusnivån runt hörlurarna, och sedan återges en signal med samma amplitud, men i motfas, i högtalarna. Som ett resultat undertrycker vågorna av buller och anti-brus varandra ömsesidigt. För att en motfasvåg ska skapas måste naturligtvis hörlurarna vara kopplade till någon slags strömkälla, varför ett sådant system kallas aktivt.

Att implementera det i praktiken är inte så lätt som det verkar. Allt handlar om ljudets natur. Att generera en signal i motfas är en svår uppgift: den måste slutföras snabbt och exakt. Snabbt, eftersom ljudet kan förändras, till exempel på ett kafé, antingen knackar koppar på fat, eller så gratuleras någon på sin födelsedag, det vill säga en ombytlig ljudbakgrund och du måste anpassa dig till den. Exakt för att avvikelsen mellan fas och motfas kan leda till obehaglig distorsion.

Det är därför Active Noise Cancellation är bäst på att hantera monotona lågfrekventa ljud som surrandet av flygplansmotorer eller ventilation. De har en mer eller mindre konstant amplitud, och våglängden vid låga frekvenser är ganska stor och förlåter viss signalskillnad i fas och motfas. När det gäller ett kafé skapas basen för bruset av mellan- och högfrekventa ljud, för vilka våglängden är mycket kortare och amplituden ändras kraftigare - de har högre krav på en motfassignal.

Moderna aktiva brusreduceringssystem har ännu inte tillräckligt med datorkraft för att tysta främlingars samtal och det plötsliga mullret. Men de hanterar monotont bakgrundsljud bra.

Hur passiv brusreducering fungerar

Förutom aktiv brusreducering finns det även passiv brusreducering. Detta kan sägas vara ljuddämpande: du sätter på dig hörlurar – och allt runt omkring blir dämpat. Det kräver ingen elektricitet och beror bara på hur tätt enheten passar till öronen och huvudet. Om det finns någon lucka kommer bruset att höras.

Det är därför som in-ear hörlurar kommer med flera par hörsnäckor, olika i storlek: allas öron är olika och ibland är det inte lätt att hitta de perfekta öronkuddarna. Om de inte sitter särskilt stadigt kommer inte prylen att ge rätt nivå av ljudisolering.

Men perfekt matchade munstycken dämpar effektivt just det brus som aktiv brusreducering inte klarar av: mellan- och höga frekvenser, skarpa, plötsliga ljud. Eftersom den här kretsen inte förlitar sig på elektronikens hastighet, utan dämpar helt enkelt allt runt omkring, men inte för fullständig tystnad.

Passiv brusreducering spelar också en betydande roll i hörlurar i full storlek med stora koppar. Ju hårdare öronkuddarna trycks mot ditt huvud, desto mindre ljud hör du och desto färre människor som är i närheten kommer att veta om din musik. Men om du kan byta olämpliga fästen för in-ear-hörlurar, så går ingenting att göra med sådana i full storlek som inte sitter bra på huvudet.

Och ändå, perfekt tystnad med en sådan gadget kan inte uppnås. Anledningen ligger återigen i ljudets natur och i materialen. Ljud fortplantas varhelst det finns ett medium. Fysiska hinder kan hindra honom, så du kan helt enkelt täcka öronen med händerna och dränka världen runt.

För att uppnå fullständig ljudisolering måste dock speciella ljuddämpande material användas.

Kommer du ihåg de stora konstruktionshörlurarna som bärs för att skydda mot hårda ljud som en hammare? Det finns ingen elektronisk fyllning i dem - de täcker helt enkelt öronen, skapar en fysisk barriär för buller och frigör dina händer. Samtidigt ger de fortfarande inte fullständig tystnad: jackhammeren är hörbar, om än matt.

För att få maximal ljudisolering i dessa hörlurar behöver du lägga till mer absorberande material, vilket gör dem märkbart tyngre och mer voluminösa. Föreställ dig nu att du måste ansluta all nödvändig elektronik till hörlurarna som redan går upp i vikt. Modellen kommer att bli väldigt tung.

Naturligtvis förbättrar tillverkarna både materialen som hörlurarna är gjorda av och deras elektroniska fyllning, men de är fortfarande långt ifrån att skapa idealisk tystnad. Nu försöker de hitta en balans mellan användarvänligheten och effektiviteten hos de erbjudna funktionerna.

Vad påverkar kvaliteten på brusreduceringen

Det finns många företag på marknaden som erbjuder aktiva brusreducerande hörlurar, men hur vet du vem som har bäst?

Du kan ta en titt på egenskaperna. Till exempel, ju fler mikrofoner som arbetar i brusreduceringssystemet, desto mer exakt kommer den omgivande brumnivån att avläsas och desto mer korrekt kommer motfassignalen att byggas. Ju mer kraftfull och modern processor, desto snabbare kommer systemet att reagera på förändringar i bruset runt omkring. I teorin.

Vissa företag erbjuder till och med anpassade brusreduceringsalgoritmer, som Sony, Bose, Samsung, Apple. Hörlurar utrustade med sådana system har, förutom mikrofoner som lyssnar på bruset utanför enheten, även mikrofoner som tar upp bruset inuti.

Under kalibreringen återger hörlurarna testsignaler, och samma interna mikrofoner läser av svaret. Baserat på kalibreringsresultaten korrigerar brusreduceringsalgoritmen sitt arbete: den är nu justerad till geometrin för specifika öron och huvud.

Passiv ljudisolering påverkar också driften av det aktiva ljudreduceringssystemet. Om hörlurarna är lösa och passerar genom brus kommer motfassignalen inte att fungera lika effektivt. De flesta aktiva brusreducerande hörlurar i full storlek har stora, mjuka öronkuddar som omsluter huvudets kurvor för maximal ljudisolering.

Hur man inte faller för marknadsförares knep

Problemet med brusreducerande hörlurar är att företag ljuger: i reklamfilmer, när brusreducering är påslagen, ersätts festen av en ringande tystnad, platsen för de dunkande tåghjulen intas av fridfulla alpängar och bebisen skriker in. nästa säte löses upp i diset.

Men på grund av själva brusreduceringsprocessens fysik är det orealistiskt att uppnå en sådan effekt. Till en början kallade Bose-företaget ärligt sina hörlurar för Noise-Reducing - "brusreducerande", men gick sedan, liksom andra, över till termen Noise-Canceling - "noise cancelling".

Som ett resultat går användare, i hopp om tystnad, ner i sådana hörlurar i tunnelbanan, sätter på brusreducering … Vindens ylande i tunneln försvinner, men eleverna som pratar om att passera sessionen med Stanislavskys ångest gör det inte. Och hur någon hostade i närheten kan höras. Matt, men ändå hörbart.

Var är min utlovade tystnad, ängar och alpin friskhet? I drömmar. Eftersom tekniken ännu inte har nått denna nivå.

Samtidigt, i marknadsföringsmaterial, är utvecklare väldigt förtjusta i att skryta om det faktum att deras system ger brusreducering, till exempel upp till -15 dB. Det första vi uppmärksammar är ordet "före". Det andra är att det inte specificeras under vilka förhållanden dessa −15 dB kan uppnås. Det vill säga att det finns några siffror, men hur man jämför dem med verkligheten är inte särskilt tydligt.

Ett annat knep är att ersätta begrepp. Det händer att i beskrivningen av hörlurar är brusreducering ett system som dämpar brus under röstöverföring under samtal. Det vill säga din samtalspartner hör dig tydligare. Men det påverkar inte dämpningen av externt brus när du lyssnar på musik.

Vad är slutsatsen

Brusreducerande teknik i den form som den presenteras av hörlurstillverkarnas reklamavdelningar finns inte. Dessutom är effekten av den individuell och beror på de fysiska parametrarna för en viss lyssnare. För vissa ger hörlurar i full storlek tillräcklig passiv ljudisolering så att aktiv brusreducering fungerar bra. Och hos en annan person, till exempel, på grund av en annan struktur på kindbenen, kommer hörlurarna inte att passa så tätt och algoritmen kommer att vara ineffektiv. Så allt måste provas.

Modeller med aktiv brusreducering är lämpliga för dem som reser mycket i transporter: på bussar, tåg och flygplan. Huvudfunktionen hos sådana hörlurar är förmågan att dämpa det monotona lågfrekventa brumet, och det är han som oftast följer med på resor. De skiljer sig i högkvalitativ aktiv brusreducering, till exempel:

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

De som försöker fly från bullriga kontor och hushåll bör vara särskilt uppmärksamma på passformen på hörlurarna och leta efter modeller som passar så nära huvudet eller hörselgången som möjligt. Dessa hörlurar minskar nivån på allt brus runt omkring, inklusive röster. Men du kan inte välja dem enligt råd: du måste prova dem.

Om du stöter på en modell som sitter tätt och tätt och som kommer med Active Noise Cancellation kan du glädja dig: du får det bästa av två världar. Men du kan fortfarande inte uppnå perfekt tystnad.