Kuinka melunvaimennus toimii kuulokkeissa ja miksi se ei säästä kaikilta ulkoisilta ääniltä

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

Häikäilemätön fysiikka estää melunvaimennusjärjestelmiä luomasta täydellistä hiljaisuutta.

Vuonna 2020 etätyöhön siirtymisen vuoksi monet ihmiset tarvitsivat kuulokkeita kommunikoidakseen kollegoiden kanssa verkkoneuvotteluissa ja ottaakseen etäisyyttä kotitalouden jäseniin. Melunvaimennuslaitteet ovat saavuttaneet erityisen suosion: ne auttoivat keskittymään paremmin työhön, koska ne vähensivät ulkoisen melun tasoa.

Mutta tällaisia malleja on ollut pitkään: kotitalouksien kuulokkeet, joissa on melunvaimennusjärjestelmä, ilmestyivät ensimmäisen kerran jo vuonna 1989. Äskettäin Apple on kiinnittänyt huomiota tähän ominaisuuteen julkaisemalla AirPods Pron ja sitten AirPods Maxin.

Monet odottavat melua vaimentavien kuulokkeiden "sammuttavan" ympäristön äänen kokonaan, ja ovat pettyneitä, jos he eivät sitä tee. Ymmärtääksesi, miksi tekniikka ei jäljittele mykistyspainiketta, sinun on ymmärrettävä sen toiminta.

Kuinka aktiivinen melunvaimennus toimii

Aktiivinen melunvaimennustekniikka siirtyi armeijasta kodinkoneisiin: jo 1900-luvun puolivälissä tällaisia järjestelmiä käytettiin vähentämään melutasoa lentokoneiden ja helikopterien ohjaamoissa. Ensimmäiset on-ear aktiiviset melua vaimentavat kuulokkeet luotiin helikoptereille vuonna 1957.

Bose mukautti tekniikan kotikäyttöön – sen kuulokkeet nousivat melunvaimennusalan pioneeriksi kulutuselektroniikkamarkkinoilla vuonna 1989.

Toimintaperiaate on seuraava: mikrofonijärjestelmä havaitsee melutason kuulokkeiden ympärillä, ja sitten kaiuttimissa toistetaan signaali, jolla on sama amplitudi, mutta vastavaiheinen. Tämän seurauksena kohinan ja kohinan aallot vaimentavat toisiaan. Tietenkin, jotta antifaasiaalto muodostuisi, kuulokkeet on liitettävä johonkin virtalähteeseen, minkä vuoksi tällaista järjestelmää kutsutaan aktiiviseksi.

Sen toteuttaminen käytännössä ei ole niin helppoa kuin miltä näyttää. Kyse on äänen luonteesta. Signaalin tuottaminen vastavaiheessa on vaikea tehtävä: se on suoritettava nopeasti ja tarkasti. Nopeasti, koska melu voi vaihtua esimerkiksi kahvilassa, joko kupit koputtavat lautasia tai jotakuta onniteltu syntymäpäivän johdosta, eli epävakaa äänitausta ja siihen pitää sopeutua. Juuri siksi, koska vaiheen ja vastavaiheen välinen poikkeama voi johtaa epämiellyttävään vääristymiseen.

Tästä syystä Active Noise Cancellation on paras käsittelemään yksitoikkoisia matalataajuisia ääniä, kuten lentokoneiden moottoreiden huminaa tai ilmanvaihtoa. Niillä on enemmän tai vähemmän vakio amplitudi, ja aallonpituus matalilla taajuuksilla on melko suuri ja antaa anteeksi signaalin vaihe- ja vastavaiheen erot. Kahvilan tapauksessa kohinan perustan muodostavat keski- ja korkeataajuiset äänet, joiden aallonpituus on paljon lyhyempi ja amplitudi muuttuu voimakkaammin - niillä on korkeammat vaatimukset vastavaihesignaalille.

Nykyaikaisilla aktiivisilla melunvaimennusjärjestelmillä ei vielä ole tarpeeksi laskentatehoa vaimentamaan vieraiden keskusteluja ja äkillistä jyrinää. Mutta ne käsittelevät hyvin yksitoikkoista taustamelua.

Kuinka passiivinen melunvaimennus toimii

Aktiivisen melunvaimennuksen lisäksi käytössä on myös passiivinen melunvaimennus. Tämän voidaan sanoa olevan äänieristys: laitat kuulokkeet päähän - ja kaikki ympärillä vaimenee. Se ei vaadi sähköä ja riippuu vain siitä, kuinka tiukasti laite sopii korviin ja päähän. Jos aukkoa on, ääni kuuluu.

Siksi in-ear-kuulokkeissa on useita kuulokkeita, jotka ovat erikokoisia: jokaisen korvat ovat erilaisia, ja joskus ei ole helppoa löytää täydellisiä korvatyynyjä. Jos ne eivät istu kovin tukevasti, laite ei tarjoa oikeaa äänieristystä.

Mutta täydellisesti yhteensopivat suuttimet vaimentavat tehokkaasti juuri sitä melua, jota aktiivinen melunvaimennus ei kestä: keski- ja korkeat taajuudet, terävät, äkilliset äänet. Koska tämä piiri ei luota elektroniikan nopeuteen, vaan yksinkertaisesti vaimentaa kaiken ympärillä, vaikkakaan ei täydelliseen hiljaisuuteen.

Passiivinen melunvaimennus on myös tärkeä rooli täysikokoisissa kuulokkeissa, joissa on suuret kupit. Mitä tiukemmin korvatyynyt painetaan päätäsi vasten, sitä vähemmän kuulet melua ja sitä vähemmän lähellä olevat ihmiset tietävät musiikistasi. Mutta jos voit vaihtaa sopimattomia kiinnikkeitä in-ear-kuulokkeille, niin täysikokoisilla, jotka eivät istu hyvin päähän, ei voi tehdä mitään.

Ja kaikesta huolimatta täydellistä hiljaisuutta tällaisella vempaimella ei voida saavuttaa. Syy on jälleen äänen luonteessa ja materiaaleissa. Ääni leviää kaikkialla, missä on väliaine. Fyysiset esteet voivat estää hänet, joten voit yksinkertaisesti peittää korvasi käsilläsi ja hukuttaa ympäröivän maailman.

Täydellisen äänieristyksen saavuttamiseksi on kuitenkin käytettävä erityisiä ääntä vaimentavia materiaaleja.

Muistatko suuret rakennuskuulokkeet, joita käytettiin suojaamaan kovalta ääniltä, kuten vasaran? Niissä ei ole elektronista täyttöä - ne vain peittävät korvat luoden fyysisen esteen melulle ja vapauttaen kätesi. Samanaikaisesti ne eivät silti anna täydellistä hiljaisuutta: vasara on kuultavissa, vaikkakin tylsä.

Saadaksesi maksimaalisen ääneneristyksen näissä kuulokkeissa, sinun on lisättävä enemmän imukykyistä materiaalia, mikä tekee niistä huomattavasti raskaampia ja tilavampia. Kuvittele nyt, että joudut yhdistämään kaikki tarvittava elektroniikka jo nouseviin kuulokkeisiin. Mallista tulee erittäin raskas.

Tietenkin valmistajat parantavat sekä kuulokkeiden valmistusmateriaaleja että niiden elektronista täyttöä, mutta ne ovat vielä kaukana ihanteellisen hiljaisuuden luomisesta. Nyt he yrittävät löytää tasapainon käyttömukavuuden ja tarjottujen toimintojen tehokkuuden välillä.

Mikä vaikuttaa melunvaimennuksen laatuun

Markkinoilla on monia yrityksiä, jotka tarjoavat aktiivisesti melua vaimentavia kuulokkeita, mutta mistä tiedät, kenellä on parhaat?

Voit katsoa ominaisuuksia. Esimerkiksi mitä useampi mikrofoni toimii kohinanvaimennusjärjestelmässä, sitä tarkemmin ympäristön huminataso luetaan ja sitä paremmin vastavaihesignaali rakennetaan. Mitä tehokkaampi ja nykyaikaisempi prosessori, sitä nopeammin järjestelmä reagoi ympärillä olevan melun muutoksiin. Teoriassa.

Jotkut yritykset tarjoavat jopa mukautettuja kohinanvaimennusalgoritmeja, kuten Sony, Bose, Samsung, Apple. Tällaisilla järjestelmillä varustetuissa kuulokkeissa on laitteen ulkopuolista melua kuuntelevien mikrofonien lisäksi mikrofonit, jotka poimivat melun sisältä.

Kalibroinnin aikana kuulokkeet toistavat testisignaaleja ja samat sisäiset mikrofonit lukevat vastauksen. Kalibrointitulosten perusteella kohinanvaimennusalgoritmi korjaa toimintaansa: se on nyt sovitettu tiettyjen korvien ja pään geometriaan.

Passiivinen äänieristys vaikuttaa myös aktiivisen melunvaimennusjärjestelmän toimintaan. Jos kuulokkeet ovat löysällä ja läpäisevät kohinaa, vastavaihesignaali ei toimi yhtä tehokkaasti. Useimmissa täysikokoisissa aktiivisesti vaimentavissa kuulokkeissa on suuret, pehmeät korvatyynyt, jotka halaavat päätäsi parhaan mahdollisen ääneneristyksen saavuttamiseksi.

Kuinka olla langettamatta markkinoijien temppuihin

Melua vaimentavien kuulokkeiden ongelmana on se, että yritykset valehtelevat: mainoksissa, kun melunvaimennus on käytössä, juhlat korvataan soivalla hiljaisuudella, junan jyskyttävien renkaiden paikan ottaa rauhalliset alppiniityt ja vauva huutaa sisään. seuraava istuin liukenee sumuun.

Mutta itse melunvaimennusprosessin fysiikan vuoksi on epärealistista saavuttaa tällainen vaikutus. Aluksi muuten Bose-yhtiö kutsui kuulokkeitaan rehellisesti Noise-Reducing - "melunvaimennus", mutta sitten, kuten muut, siirtyi termiin Noise-Canceling - "melunvaimennus".

Tämän seurauksena käyttäjät, toivoen hiljaisuutta, laskeutuvat sellaisiin kuulokkeisiin metrossa, laittavat melunvaimennus päälle … Tuulen ulvominen tunnelissa katoaa, mutta opiskelijat, jotka puhuvat istunnon läpäisystä Stanislavskyn ahdistuksella, eivät. Ja kuinka joku lähistöllä yski, voidaan kuulla. Tylsää, mutta silti kuuluvaa.

Missä ovat lupaamani hiljaisuus, niityt ja alppiraikkaus? Unelmissa. Koska tekniikka ei ole vielä saavuttanut tätä tasoa.

Samaan aikaan markkinointimateriaaleissa kehittäjät pitävät kovasti kerskumisesta siitä, että heidän järjestelmänsä vähentää melua esimerkiksi -15 dB asti. Ensimmäinen asia, johon kiinnitämme huomiota, on sana "ennen". Toinen on se, että ei ole määritelty, missä olosuhteissa nämä −15 dB voidaan saavuttaa. Eli joitain lukuja on, mutta kuinka niitä verrata todellisuuteen, ei ole kovin selvää.

Toinen temppu on käsitteiden korvaaminen. Kuulokkeiden kuvauksessa melunvaimennus on järjestelmä, joka vaimentaa melua puheensiirron aikana puheluiden aikana. Eli keskustelukumppanisi kuulee sinut selkeämmin. Mutta se ei vaikuta ulkoisen melun vaimentamiseen musiikkia kuunneltaessa.

Mikä on lopputulos

Melunvaimennustekniikkaa siinä muodossa kuin kuulokevalmistajien mainososastot esittävät, ei ole olemassa. Lisäksi sen vaikutus on yksilöllinen ja riippuu tietyn kuuntelijan fyysisistä parametreista. Joillekin täysikokoiset kuulokkeet tarjoavat riittävän passiivisen ääneneristyksen, jotta aktiivinen melunvaimennus toimii hyvin. Ja toisessa henkilössä esimerkiksi poskipäiden erilaisen rakenteen vuoksi kuulokkeet eivät sovi niin tiukasti ja algoritmi on tehoton. Kaikkea pitää siis kokeilla.

Aktiivisella melunvaimennuksella varustetut mallit sopivat niille, jotka matkustavat paljon liikenteessä: busseissa, junissa ja lentokoneissa. Tällaisten kuulokkeiden pääominaisuus on kyky vaimentaa yksitoikkoista matalataajuista huminaa, ja hän on useimmiten mukana matkoilla. Ne eroavat laadukkaasta aktiivisesta melunvaimennosta, esimerkiksi:

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

Meluisistä toimistoista ja kotitalouksista pakoon pyrkivien kannattaa kiinnittää erityistä huomiota kuulokkeiden istuvuuteen ja etsiä malleja, jotka sopivat mahdollisimman lähelle päätä tai korvakäytävää. Nämä kuulokkeet vähentävät ympärilläsi olevaa melua, mukaan lukien äänet. Mutta et voi valita niitä neuvojen mukaan: sinun on kokeiltava niitä.

Jos törmäät malliin, joka istuu tiiviisti ja tiiviisti ja jossa on aktiivinen melunvaimennus, voit iloita: saat molempien maailmojen parhaat puolet. Mutta täydellistä hiljaisuutta ei silti voi saavuttaa.