การตัดเสียงรบกวนทำงานอย่างไรในหูฟังและเหตุใดจึงไม่บันทึกจากเสียงภายนอกทั้งหมด

2024 ผู้เขียน: Malcolm Clapton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 04:12

ฟิสิกส์ที่โหดเหี้ยมป้องกันระบบตัดเสียงรบกวนจากการสร้างความเงียบที่สมบูรณ์แบบ

ในปี 2020 เนื่องจากการเปลี่ยนไปใช้การสื่อสารโทรคมนาคม ผู้คนจำนวนมากต้องการหูฟังเพื่อสื่อสารกับเพื่อนร่วมงานในการประชุมออนไลน์และทำตัวให้ห่างจากสมาชิกในครัวเรือน แกดเจ็ตที่มีการตัดเสียงรบกวนได้รับความนิยมเป็นพิเศษ: ช่วยให้มีสมาธิกับการทำงานได้ดีขึ้น เนื่องจากลดระดับเสียงรบกวนจากภายนอก

แต่มีรุ่นดังกล่าวมาเป็นเวลานานแล้ว: หูฟังสำหรับใช้ในครัวเรือนที่มีระบบตัดเสียงรบกวนออกมาครั้งแรกในปี 1989 ไม่นานมานี้ Apple ได้ดึงความสนใจไปที่คุณสมบัตินี้ด้วยการเปิดตัว AirPods Pro และ AirPods Max

หลายคนคาดหวังว่าหูฟังตัดเสียงรบกวนจะ "ปิด" เสียงรอบข้างอย่างสมบูรณ์ และผิดหวังเมื่อไม่ทำ เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมเทคโนโลยีไม่เลียนแบบปุ่มปิดเสียง คุณต้องเข้าใจวิธีการทำงาน

การตัดเสียงรบกวนทำงานอย่างไร

เทคโนโลยีการตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟที่ย้ายไปยังเครื่องใช้ในครัวเรือนจากกองทัพ: ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ระบบดังกล่าวถูกใช้เพื่อลดระดับเสียงในห้องนักบินของเครื่องบินและเฮลิคอปเตอร์ หูฟังตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟแบบครอบหูรุ่นแรกถูกสร้างขึ้นสำหรับเฮลิคอปเตอร์ในปี 2500

สำหรับใช้ในบ้าน เทคโนโลยีนี้ได้รับการดัดแปลงโดย Bose ซึ่งเป็นหูฟังที่กลายเป็นผู้บุกเบิกการตัดเสียงรบกวนในตลาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคในปี 1989

หลักการทำงานมีดังนี้: ระบบไมโครโฟนตรวจจับระดับเสียงรอบ ๆ หูฟัง จากนั้นส่งสัญญาณที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน แต่ในลำโพงจะทำซ้ำในแอนติเฟส เป็นผลให้คลื่นเสียงและป้องกันเสียงรบกวนกดทับกัน แน่นอน ในการสร้างคลื่นแอนตี้เฟส หูฟังจะต้องเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานบางชนิด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ระบบดังกล่าวถูกเรียกว่าแอ็คทีฟ

การนำไปใช้ในทางปฏิบัตินั้นไม่ง่ายอย่างที่คิด มันเป็นเรื่องธรรมชาติของเสียง การสร้างสัญญาณในแอนติเฟสเป็นงานที่ยาก: ต้องทำให้เสร็จอย่างรวดเร็วและแม่นยำ เร็วเพราะเสียงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวอย่างเช่น ในร้านกาแฟ ถ้วยใดใบหนึ่งกำลังเคาะจานรอง หรือมีคนแสดงความยินดีในวันเกิดของพวกเขา นั่นคือเสียงพื้นหลังที่ไม่แน่นอน และคุณจำเป็นต้องปรับให้เข้ากับมัน แน่นอน เนื่องจากความเบี่ยงเบนระหว่างเฟสและแอนติเฟสสามารถนำไปสู่การบิดเบือนที่ไม่พึงประสงค์ได้

นี่คือเหตุผลว่าทำไม Active Noise Cancellation จึงดีที่สุดในการจัดการกับเสียงความถี่ต่ำที่ซ้ำซากจำเจ เช่น เสียงฮัมของเครื่องยนต์อากาศยานหรือการระบายอากาศ พวกมันมีแอมพลิจูดคงที่มากหรือน้อย และความยาวคลื่นที่ความถี่ต่ำนั้นค่อนข้างใหญ่ และให้อภัยความคลาดเคลื่อนของสัญญาณในเฟสและแอนติเฟส ในกรณีของร้านกาแฟ พื้นฐานของเสียงรบกวนนั้นมาจากเสียงความถี่กลางและสูง ซึ่งความยาวคลื่นจะสั้นกว่ามากและแอมพลิจูดจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว - พวกมันมีความต้องการสัญญาณแอนติเฟสที่สูงกว่า

ระบบตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟสมัยใหม่ยังไม่มีพลังประมวลผลเพียงพอที่จะปิดเสียงการสนทนาของคนแปลกหน้าและเสียงก้องกะทันหัน แต่พวกมันจัดการกับเสียงพื้นหลังที่ซ้ำซากจำเจได้ดี

การตัดเสียงรบกวนแบบพาสซีฟทำงานอย่างไร

นอกจากการตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟแล้ว ยังมีระบบตัดเสียงรบกวนแบบพาสซีฟอีกด้วย อาจกล่าวได้ว่าเป็นฉนวนกันเสียง: คุณสวมหูฟัง - และทุกสิ่งรอบตัวจะอู้อี้ ไม่ต้องใช้ไฟฟ้าและขึ้นอยู่กับว่าอุปกรณ์แน่นแค่ไหนกับหูและศีรษะเท่านั้น หากมีช่องว่างใด ๆ จะได้ยินเสียง

นั่นคือเหตุผลที่หูฟังชนิดใส่ในหูมาพร้อมกับเอียร์พีซหลายคู่ที่มีขนาดต่างกัน: หูของแต่ละคนมีความแตกต่างกัน และบางครั้งการหาเอียร์แพดที่สมบูรณ์แบบก็ไม่ใช่เรื่องง่าย หากวางได้ไม่แน่นมาก แกดเจ็ตจะไม่มีฉนวนกันเสียงในระดับที่เหมาะสม

แต่หัวฉีดที่เข้าชุดกันอย่างลงตัวจะช่วยลดสัญญาณรบกวนที่ระบบตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟไม่สามารถรับมือได้อย่างแท้จริง: เสียงกลางและความถี่สูง เสียงที่คมชัดและฉับพลัน เนื่องจากวงจรนี้ไม่ได้อาศัยความเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่เพียงแค่ปิดเสียงทุกอย่างรอบข้าง แม้ว่าจะไม่ได้เงียบสนิทก็ตาม

การตัดเสียงรบกวนแบบพาสซีฟยังมีบทบาทสำคัญในหูฟังขนาดเต็มที่มีถ้วยขนาดใหญ่ ยิ่งเอียร์แพดแนบแนบกับศีรษะมากเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งได้ยินเสียงรบกวนน้อยลงเท่านั้น และผู้คนที่อยู่ใกล้ๆ ก็จะรู้จักเพลงของคุณน้อยลง แต่ถ้าคุณสามารถเปลี่ยนสิ่งที่แนบที่ไม่เหมาะสมสำหรับหูฟังชนิดใส่ในหูได้ ก็ไม่สามารถทำอะไรกับหูฟังขนาดเต็มที่ไม่พอดีกับศีรษะได้

และเช่นเดียวกัน ความเงียบที่สมบูรณ์แบบด้วยอุปกรณ์ดังกล่าวไม่สามารถทำได้ เหตุผลอยู่ที่ธรรมชาติของเสียงและในวัสดุอีกครั้ง เสียงแพร่กระจายทุกที่ที่มีสื่อ อุปสรรคทางกายภาพสามารถป้องกันเขาได้ ดังนั้นคุณจึงสามารถใช้มือปิดหูและกลบโลกที่อยู่รอบๆ ได้

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ฉนวนกันเสียงที่สมบูรณ์ ต้องใช้วัสดุดูดซับเสียงแบบพิเศษ

จำหูฟังโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สวมใส่เพื่อป้องกันเสียงที่รุนแรงเช่นแจ็คแฮมเมอร์หรือไม่? ไม่มีการอุดหูแบบอิเล็กทรอนิกส์ - พวกเขาเพียงแค่ปิดหูสร้างสิ่งกีดขวางทางกายภาพสำหรับเสียงรบกวนและปล่อยมือของคุณ ในเวลาเดียวกัน พวกเขายังไม่ให้ความเงียบโดยสมบูรณ์: แจ็คแฮมเมอร์นั้นได้ยินแม้ว่าจะทื่อ

เพื่อให้ได้การแยกเสียงสูงสุดในหูฟังเหล่านี้ คุณต้องเพิ่มวัสดุดูดซับ ซึ่งจะทำให้หนักและใหญ่ขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ลองนึกภาพว่าคุณจะต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นทั้งหมดเข้ากับหูฟังที่มีน้ำหนักเพิ่มขึ้น โมเดลจะมีน้ำหนักมาก

แน่นอนว่าผู้ผลิตกำลังปรับปรุงทั้งวัสดุที่ใช้ทำหูฟังและไส้อิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็ยังห่างไกลจากการสร้างความเงียบในอุดมคติ ตอนนี้พวกเขากำลังพยายามสร้างสมดุลระหว่างความสะดวกสบายในการใช้งานและประสิทธิภาพของฟังก์ชันที่นำเสนอ

สิ่งที่ส่งผลต่อคุณภาพของการลดเสียงรบกวน

มีหลายบริษัทในตลาดที่นำเสนอหูฟังตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟ แต่คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าใครดีที่สุด?

คุณสามารถดูลักษณะ ตัวอย่างเช่น ยิ่งไมโครโฟนทำงานในระบบลดเสียงรบกวนมากเท่าใด ระดับความดังของเสียงแวดล้อมก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น และสัญญาณแอนติเฟสก็จะยิ่งถูกต้องมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งโปรเซสเซอร์ทรงพลังและทันสมัยมากเท่าไหร่ ระบบก็จะยิ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของเสียงรอบข้างเร็วขึ้นเท่านั้น ในทางทฤษฎี

บางบริษัทเสนออัลกอริธึมการลดเสียงรบกวนแบบกำหนดเอง เช่น Sony, Bose, Samsung, Apple หูฟังที่ติดตั้งระบบดังกล่าว นอกจากไมโครโฟนที่ฟังเสียงภายนอกเครื่องแล้ว ยังมีไมโครโฟนที่รับเสียงภายในด้วย

ในระหว่างการสอบเทียบ หูฟังจะสร้างสัญญาณทดสอบ และไมโครโฟนภายในตัวเดียวกันจะอ่านคำตอบ อัลกอริธึมการลดเสียงรบกวนจะแก้ไขการทำงานโดยอิงจากผลการสอบเทียบ โดยขณะนี้ได้รับการปรับให้เข้ากับรูปทรงของหูและศีรษะที่เฉพาะเจาะจง

ฉนวนกันเสียงแบบพาสซีฟยังส่งผลต่อการทำงานของระบบลดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟอีกด้วย หากหูฟังหลวมและผ่านสัญญาณรบกวน สัญญาณแอนติเฟสจะไม่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ หูฟังตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟแบบเต็มขนาดส่วนใหญ่มีฟองน้ำรองหูฟังนุ่มขนาดใหญ่ที่โอบรับส่วนโค้งของศีรษะเพื่อการแยกเสียงสูงสุด

วิธีที่จะไม่ตกสำหรับกลอุบายของนักการตลาด

ปัญหาของหูฟังตัดเสียงรบกวนคือการที่บริษัทต่างๆ โกหก: ในโฆษณา เมื่อเปิดการตัดเสียงรบกวน ปาร์ตี้จะถูกแทนที่ด้วยความเงียบที่ดังกึกก้อง สถานที่ของล้อรถไฟที่สั่นสะเทือนถูกยึดครองโดยทุ่งหญ้าอัลไพน์อันเงียบสงบ และทารกก็กรีดร้อง ที่นั่งถัดไปละลายเป็นหมอก

แต่เนื่องจากฟิสิกส์ของกระบวนการลดสัญญาณรบกวนนั้นเอง การบรรลุผลดังกล่าวจึงไม่สมจริง ในขั้นต้นโดยวิธีการที่ บริษัท Bose เรียกหูฟังอย่างตรงไปตรงมาว่า Noise-Reducing - "Noise Reduction" แต่จากนั้นก็เปลี่ยนไปใช้คำว่า Noise-Canceling - "noise canceling" เช่นเดียวกับคนอื่น ๆ

เป็นผลให้ผู้ใช้ที่หวังความเงียบลงไปในหูฟังดังกล่าวในรถไฟใต้ดินเปิดการตัดเสียงรบกวน … เสียงหอนของลมในอุโมงค์หายไป แต่นักเรียนที่พูดถึงการผ่านเซสชั่นด้วยความปวดร้าวของ Stanislavsky ไม่ได้. และได้ยินเสียงคนไอที่อยู่ใกล้ๆ จืดชืดแต่ยังได้ยิน

ความเงียบ ทุ่งหญ้า และความสดของเทือกเขาแอลป์ที่สัญญาไว้ของฉันอยู่ที่ไหน ในฝัน. เพราะเทคโนโลยียังไม่ถึงระดับนี้

ในเวลาเดียวกัน ในสื่อการตลาด นักพัฒนาชอบที่จะคุยโวเกี่ยวกับความจริงที่ว่าระบบของพวกเขามีการลดเสียงรบกวน เช่น สูงถึง -15 เดซิเบล สิ่งแรกที่เราใส่ใจคือคำว่า "ก่อน" อย่างที่สองคือไม่ได้ระบุไว้ในเงื่อนไขที่ −15 dB เหล่านี้สามารถทำได้ นั่นคือมีตัวเลขบางส่วน แต่วิธีการเปรียบเทียบกับความเป็นจริงนั้นไม่ชัดเจนนัก

เคล็ดลับอีกประการหนึ่งคือการแทนที่แนวคิด มันเกิดขึ้นที่คำอธิบายของหูฟัง การตัดเสียงรบกวน เป็นระบบที่ลดเสียงรบกวนระหว่างการส่งเสียงระหว่างการโทร นั่นคือคู่สนทนาของคุณได้ยินคุณชัดเจนยิ่งขึ้น แต่ไม่ส่งผลต่อการปราบปรามเสียงรบกวนจากภายนอกเมื่อฟังเพลง

บรรทัดล่างคืออะไร

ไม่มีเทคโนโลยีการตัดเสียงรบกวนในรูปแบบที่นำเสนอโดยแผนกโฆษณาของผู้ผลิตหูฟัง ยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบของมันเป็นปัจเจกและขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางกายภาพของผู้ฟังโดยเฉพาะ สำหรับหูฟังขนาดเต็มบางรุ่นมีการแยกเสียงแบบพาสซีฟที่เพียงพอเพื่อให้การตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟทำงานได้ดี และในบุคคลอื่นเช่นเนื่องจากโครงสร้างที่แตกต่างกันของโหนกแก้มหูฟังจะไม่แน่นและอัลกอริธึมจะไม่ได้ผล ทุกอย่างจึงต้องทดลอง

โมเดลที่มีการตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟเหมาะสำหรับผู้ที่เดินทางบ่อยในการขนส่ง: บนรถประจำทาง รถไฟ และเครื่องบิน คุณสมบัติหลักของหูฟังดังกล่าวคือความสามารถในการปิดเสียงฮัมความถี่ต่ำที่ซ้ำซากจำเจและเป็นผู้ที่มักจะมาพร้อมกับการเดินทาง การตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟคุณภาพสูงแตกต่างกันออกไป เช่น

• Sony WH – 1000XM4,
• Soundcore Liberty Air 2 Pro,
• เซนไฮเซอร์ โมเมนตัม ทรู ไวร์เลส 2,
• มาร์แชลมอนิเตอร์ II ANC,
• ซัมซุง กาแล็กซี่ บัด โปร

ผู้ที่พยายามหลบหนีจากสำนักงานและครัวเรือนที่มีเสียงดังควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความพอดีของหูฟังและมองหารุ่นที่พอดีกับศีรษะหรือช่องหูมากที่สุด หูฟังเหล่านี้ช่วยลดระดับเสียงรบกวนรอบข้าง รวมทั้งเสียง แต่คุณไม่สามารถเลือกได้ตามคำแนะนำ คุณต้องลองใช้ดู

หากคุณพบรุ่นที่พอดีและพอดีและมาพร้อมกับระบบตัดเสียงรบกวนแบบแอ็คทีฟ คุณจะชื่นชมยินดี: คุณได้รับสิ่งที่ดีที่สุดจากทั้งสองโลก แต่คุณยังไม่สามารถบรรลุความเงียบที่สมบูรณ์แบบได้