Активне шумоподавлення в навушниках: як працює

Вибираючи навушники для вулиці і поїздок, велику увагу варто приділити ступеня їх шумоізоляції. Існує пасивна і активна шумоізоляція. У першому випадку сторонні звуки глушаться масивними амбушюрами, вкладишами особливої конструкції та іншими хитрощами. Однак щоб навушники з важкими амбушюрами не сповзали, доводиться робити тугі дужки, від яких може розболітися голова. Вкладиші «ялинкою», схожі на беруші і найкраще захищають від шумів, підійдуть не кожному вуху. Та й повністю ізолювати від зовнішніх звуків всі ці хитрощі все одно не можуть. З таким впорається тільки активна шумоізоляція, вона прибирає зовнішні звуки за допомогою електронних схем.

Як влаштовані навушники з системою активного шумоподавлення?

Серед меломанів зараз дуже популярні бездротові навушники з шумоподавленням. Такі гаджети становлять більшу частину асортименту всіх моделей у відділах аудіотехніки. Затребуваність навушників такого типу пояснюється відсутністю зовнішніх шумів при прослуховуванні музики. Можна їздити в метро, летіти в літаку, гуляти містом і насолоджуватися треками улюблених виконавців, не звертаючи уваги на гул та інший шум навколо.

Шумоподавлення в навушниках буває активним і пасивним. Відмінності прості:

• Активне шумоподавлення (ANC) усуває шум за допомогою окремого пристрою або джерела живлення.
• Пасивне шумоподавлення (PNC) усуває шум за рахунок шумоізоляційних матеріалів і аксесуарів - абсорбуючих панелей, басових пасток або інших компонентів.

Пристрої з пасивним шумоподавленням відомі давно - фактично вони з'явилися разом з відкриттям звукопоглинаючих матеріалів. Активне шумоподавлення - більш молода технологія, запатентована в 1936 році американцем Полом Люгом. У своєму патенті Люг описав принцип придушення синусоїдальних звукових хвиль за допомогою фазового зрушення хвилі, а також пояснив, як усунути шум навколо динаміка за допомогою зміни полярності сигналу. Довгі роки система активного шумоподавлення на основі патенту Люга застосовувалася в авіації. У споживчий сегмент вона перебралася тільки разом з розвитком портативних MP3-плеєрів.

Популярні в наші дні навушники з системою активного шумоподавлення влаштовані просто: всередині чаші навушника встановлюється спеціальний мікрофон, що вловлює шуми і передає інформацію на вбудований мікропроцесор. Останній визначає силу шуму та інвертує сигнал, щоб усунути перешкоди навколишнього світу.

Хвилинка історії

Перші навушники Bose з активним шумоподавленням

Перші патенти щодо активного шумоподавлення з'явилися ще в 1930-х роках. Однак довго не існувало можливості створити досить точну електронну начинку. Перші спроби зробити навушники з «шумодавом» були зроблені в кінці 50-х, вперше ж гарнітура з активним шумоподавленням була використана тільки в 80-х роках астронавтами під час польоту навколо Землі, а потім застосовувалася в авіації. Її винайшов професор Амар Бозе, згодом він заснував компанію Bose, яка однією з перших почала виробляти навушники з активним шумоподавленням для масового ринку.

Чи ефективно це

Багато хто марно вважає систему активного шумоподавлення маркетинговим хитрощем. Так, від усіх шумів система не захистить, але свою пряму функцію виконує справно.

Прийнято вважати, що людина здатна сприймати звуки в діапазоні від 20 Гц до 20  ц. Більшість сучасних «шумодавів» добре справляються з шумом від 100 Гц до 1  ц. Цього цілком достатньо, щоб позбавити слухача від розмов інших людей, шуму транспорту і вітру.

Коливання в діапазоні нижче 100 Гц ми сприймає не тільки вухом, але і тілом, тут ніяке шумоподавлення в навушниках не допоможе. А що стосується верхнього діапазону, то система здатна перетворити високочастотний писк або свист на спокійне шипіння.

У хороших шумоподавних навушниках можна відчути себе в тихому приміщенні, навіть перебуваючи на галасливій вулиці.

Переваги навушників з шумодавом

На 2019 рік виробники вирішили більшість недоліків. З'явилося безліч моделей навушників з по-справжньому якісним шумоподавленням. Вони дають відчуття повної тиші, немов слухач знаходиться в заглушеній студії звукозапису. Користувачі відзначають, що особливо добре вони справляються з настирливими монотонними шумами: метро, вулиця, поїзд, автобус, літак тощо.

Не всі навушники з активним шумоподавленням являють собою громіздкі «головні телефони». Не так давно Apple випустила AirPods Pro - мініатюрні затички з активним шумоподавленням, але схожі моделі були і до цього релізу, як, наприклад, дротові Audio-Technica ATH-ANC100BT або бездротові Sony WF-1000XM3.

Начинка AirPods Pro

Звичайно, малий розмір «затичок» обмежує їх можливості. Для розміщення мікрофона та решти електроніки залишається дуже мало місця. Тому вони не можуть заглушити різкі і гучні звуки, на зразок раптового гуркоту або криків дітей, хоча шум дороги і транспорту усувають без проблем.

По-справжньому відчути себе у вакуумі космосу дозволять тільки накладні повнорозмірні навушники. Їх розмір дає можливість розмістити в них відразу кілька мікрофонів. Один встановлюється зовні і вловлює середні і високі частоти, а другий - всередині для низькочастотного гулу. У поєднанні з м'якими амбушюрами, що відмінно захищають від зовнішнього світу, виходить ефект майже абсолютної тиші.

Чому болить голова?

• Ефект качки на кораблі. Якщо вам знайома морська хвороба, якщо важко переносите перебування на кораблях, то ви можете опинитися в тій категорії людей, яка не переносить САШ (систему активного шумоподавлення). Нехай ви являєте собою тільки 7 відсотків від усіх користувачів, але є ймовірність, що ви перебуваєте в числі цих людей. Сенс полягає в тому, що при використанні таких навушників ви обманюєте свій мозок, як і в ситуації, коли перебуваєте на кораблі. Ви йдете вулицею і бачите перехожих, галасливий автомобільний рух, різкий вітер. Органи зору передають інформацію мозку про те, що ви перебуваєте на вулиці, але органи слуху не передають шум через використання системи. Саме тому мозок знаходиться в замішанні, через що і з'являється нездужання, головний біль.
• Монотонний подразник. Зрозумівши принцип роботи системи, варто зробити акцент на тому, що на кожну дію є протидія. В результаті роботи системи у виробників виходить усунути шум і дозволить слухачеві повністю зануритися в музику. Але потрібно враховувати таку особливість, що в даному випадку на органи звуку будуть впливати монотонні звукові хвилі. А людський мозок налаштований виключно на те, щоб приймати різноманітні звуки. Варто сказати і про особливості нервової системи, яка може негативно відреагувати на таке чисте звучання. Через особливості організму при використанні системи можуть виникати нудота, головні болі. При цьому неможливо передбачити, хто схильний до таких наслідків, а хто - ні.
• Тиша не є запорукою спокою. Відомі виробники тестують створювані пристрої в спеціальних організаціях. Дослідження проводяться в спеціальних приміщеннях, так званих абсолютно тихих кімнатах. У кімнатах блокуються практично всі сторонні звуки. Цим створюються ідеальні умови для перевірки обладнання. Але фахівці дотримуються думки, що абсолютна тиша не сприяє спокійному стану організму.

Якщо людина опиниться в подібній кімнаті, то її стане переслідувати почуття занепокоєння. Вже через кілька хвилин він почне чути писк комара, урчання власного живота. Достатньо всього п'ять хвилин перебування в подібних умовах, щоб організм перейшов у стан тривоги, занепокоєння. Дослідження показали, що людина не може проводити в такому приміщенні більше, ніж 45 хвилин. Нехай при використанні систем не створюється абсолютна тиша, оскільки грає музика, але принцип роботи системи зачіпає поняття абсолютної тиші. Адже при використанні подібних навушників людина чує виключно музику. Саме тому люди при використанні пристроїв можуть відчути головний біль, нудоту.

• Негативний вплив басів. При створенні музики всі частоти поділяються на високі, середні, низькі. Використовувана в навушниках система призначається для того, щоб виключати всі низькі частоти, вони і являють собою шум вулиці. У системі існує ризик «придушити» корисний звуковий сигнал, тобто музику. Звукова хвиля, яка створюється в протифазі, насичена низькими частотами. Як відомо, вони можуть впливати на рідину, викликаючи вібрації, відповідно, можуть впливати і на вестибулярний апарат, який заповнюється спеціальною рідиною - ендолімфою. З цієї причини через потужний баса на певній частоті можуть виникати головні болі.
• Недоліки в конструкції також можуть стати причиною виникнення головних болів. Якщо дуга навушників є занадто тугою, то вона може стати причиною появи подразнення, головного болю. У цьому полягає загальна проблема накладних навушників, яка не належить саме до системи активного шумоподавлення. Вироби повинні утримуватися на голові, тому вони не повинні бути занадто слабкими, так вони не будуть триматися. Але вони не повинні бути і занадто тугими, адже постійна напруга може стати причиною підвищення тиску. Вже через кілька годин прослуховування музики в таких навушниках почне хворіти голова, а також може з'явитися відчуття нудоти.

Основні проблеми, пов'язані з шумоподавленням

Навушники з системою активного шумоподавлення - справжній подарунок для любителів музики, адже навколишній шум більше не заважає слухати улюблені треки. Однак подібні навушники часто стають причиною головного болю, викликаних впливом системи шумоподавлення на мозок слухача.

Головні болі від навушників з шумоподавленням

При всіх своїх достоїнствах, від навушників з активним шумоподавленням може боліти голова. Деякі користувачі гаджетів скаржаться, що при тривалому використанні шумодава у них починаються мігрені. І це зовсім не міф. Причин головного болю може бути кілька, але всі вони пов'язані саме з функцією активного шумоподавлення:

• Мозок не розуміє, що відбувається. Очі людини чудово бачать, що навколо багато джерел шуму: автомобілі, що мчать, вітер, крик дітей. Але вуха не передають ці звуки в мозок, від цього у деяких людей починається головний біль.
• Монотонність. Людина влаштована так, що їй необхідно чути все навколо для комфортного самопочуття. При увімкненому режимі ANC мозок приймає тільки звуковий сигнал від програвача, і це у деяких людей викликає нудоту і головний біль.
• Абсолютна тиша не комфортна для людини. Іноді такі навушники використовують навіть при вимкненій музиці в галасливих місцях. Проте абсолютна тиша людиною переноситься погано.

Все це відноситься далеко не до всіх людей, але зустрічаються меломани, які не можуть комфортно відчувати себе з включеним режимом шумоподавлення в навушниках. Визначити, кому підходить система ANC, а кому ні напевно неможливо. Всі люди індивідуальні, і потрібно підбирати пристрої під себе.

Невже все так гладко

У системи активного шумоподавлення є і свої мінуси. Головний з них - такі навушники підійдуть не всім. Не варто переживати, відсоток тих, кому технологія протипоказана, досить низький. Близько 3% користувачів при тривалому використанні активного «шумодава» починають скаржитися на головні болі.

Їх причина - синдром непереносимості системи активного придушення шуму. Він схожий на морську хворобу, коли наш мозок думає, що тіло знаходиться в спокої, а вестибулярний апарат посилає протилежні сигнали.

Так і при придушенні шуму мозку здається, що ми в тихому місці, а органи почуттів посилають невластиві для цього сигнали.

Іншим негативним фактором є збільшений тиск на барабанні перепонки, адже крім музики і шуму нам у вухо надходить «антишум». Це може викликати збої в нервовій системі і призводити до головних болів.