Наушники с активным шумоподавлением

Введение

Наушники с шумоподавлением – это наушники, которые подавляют нежелательные окружающие звуки, используя активное шумоподавление. Это отличается от пассивных наушников, которые, если вообще снижают уровень окружающего шума, используют такие методы, как звукоизоляция. Шумоподавление позволяет слушать аудиоконтент, не повышая громкость до чрезмерного уровня. В авиационной среде наушники с шумоподавлением значительно увеличивают отношение сигнал/шум по сравнению с наушниками с пассивным снижением шума или вообще без наушников, что облегчает восприятие важной информации, такой как объявления о безопасности. Наушники с шумоподавлением могут улучшить качество прослушивания настолько, чтобы полностью компенсировать влияние отвлекающей параллельной деятельности.

Теория

Для подавления низкочастотных составляющих шума в наушниках с шумоподавлением используется активное управление шумом, или ANC. Микрофон улавливает целевые окружающие звуки, а небольшой усилитель генерирует звуковые волны, находящиеся в полной противофазе с нежелательными звуками. Когда звуковое давление шумовой волны велико, подавляющая волна мала (и наоборот). Противоположные звуковые волны сталкиваются и гасятся, или "отменяются" (деструктивная интерференция). Большинство наушников с шумоподавлением, представленных на потребительском рынке, генерируют форму сигнала шумоподавления в реальном времени с использованием аналоговой технологии. В отличие от этого, другие продукты активного управления шумом и вибрацией используют цифровую обработку в мягком реальном времени. Согласно эксперименту, проведенному для оценки эффективности снижения шума легкими наушниками по сравнению с коммерческими наушниками и вкладышами, легкие наушники показали лучшие результаты по шумоподавлению, чем обычные наушники. Эксперимент также подтвердил, что внутриканальные наушники эффективнее снижают шум, чем накладные. Шумоподавление наиболее эффективно в отношении постоянных гудящих звуков, таких как шум дороги, и менее эффективно в отношении коротких/резких звуков, таких как голоса или разбивающееся стекло. Оно также неэффективно для устранения высокочастотных шумов, например, звука распыления. Наушники с шумоподавлением часто сочетают звукоизоляцию с ANC для максимального снижения шума во всем частотном диапазоне. Шумоподавление также может использоваться без звукоизоляции, чтобы сделать желаемые звуки (например, голоса) более отчетливыми. Шумоподавление для устранения окружающего шума никогда не бывает пассивным из-за необходимой схемы, поэтому упоминания о пассивном шумоподавлении фактически относятся к продуктам со звукоизоляцией. Чтобы предотвратить попадание высокочастотного шума в ухо, большинство наушников с шумоподавлением полагаются на звукоизоляцию или звуконепроницаемость. Высокочастотный звук имеет более короткую длину волны, и для его подавления потребовалось бы разместить устройства для обнаружения и противодействия ему ближе к барабанной перепонке слушателя, чем это технически возможно в настоящее время, или потребовались бы цифровые алгоритмы, которые усложнили бы электронику наушников. Наушники с шумоподавлением указывают величину подавления шума в децибелах. Эта цифра может быть полезна для сравнения продуктов, но не дает полной картины, поскольку не указывает на снижение шума на разных частотах.

To cancel the lower frequency portions of the noise, noise cancelling headphones use active noise control or ANC. A microphone captures the targeted ambient sounds, and a small amplifier generates sound waves that are exactly out of phase with the undesired sounds. When the sound pressure of the noise wave is high, the cancelling wave is low (and vice versa). The opposite sound waves collide and are eliminated or "cancelled" (destructive interference). Most noise cancelling headsets in the consumer market generate the noise cancelling waveform in real time with analogue technology. In contrast, other active noise and vibration control products use soft real time digital processing. According to an experiment conducted to test how lightweight earphones reduced noise as compared to commercial headphones and earphones, lightweight headphones achieved better noise reduction than normal headphones. The experiment also supported that in ear headphones worked better at reducing noise than outer ear headphones. Cancellation focuses on constant droning sounds like road noise and is less effective on short/sharp sounds like voices or breaking glass. It also is ineffective in eliminating higher frequency noises like the sound of spraying. Noise cancelling headphones often combine sound isolation with ANC to maximize the sound reduction across the frequency spectrum. Noise cancellation can also be used without sound isolation to make wanted sounds (such as voices) easier to hear. Noise cancellation to eliminate ambient noise is never passive because of the circuitry required, so references to passive noise cancellation actually are referring to products featuring sound isolation. To prevent higher frequency noise from reaching the ear, most noise cancelling headphones depend on sound isolation or soundproofing. Higher frequency sound has a shorter wavelength, and cancelling this sound would require locating devices to detect and counteract it closer to the listener's eardrum than is currently technically feasible or would require digital algorithms that would complicate the headphone's electronics. Noise cancelling headphones specify the amount of noise they can cancel in terms of decibels. This number may be useful for comparing products but does not tell the whole story, as it does not specify noise reduction at various frequencies.

В авиации

К 1950-м годам доктор Лоуренс Джером Фогель создал системы и представил патенты в области активного шумоподавления для авиации. Эта система была разработана для снижения шума для пилотов в кабине, облегчения связи и защиты слуха. Фогель считается изобретателем активного шумоподавления и разработал одну из первых систем наушников с активным шумоподавлением. Позже Уиллард Микер разработал модель активного управления шумом, которая была применена к накладным наушникам-берушам для усиленной защиты слуха. Авиационные наушники с шумоподавлением сейчас широко доступны. В 1989 году корпорация Bose представила свою "Авиационную гарнитуру серии I", которая стала первой коммерчески доступной гарнитурой с ANR. Она включала функцию шумоподавления и работала либо от никель-кадмиевых аккумуляторов (с заявленным временем работы 8 часов), либо от бортовой сети самолета. Авиационные гарнитуры серии I отличаются прозрачными окошками на наушниках или тем, что выключатель и регулятор громкости расположены на отдельном блоке управления. Несколько авиакомпаний предоставляют наушники с шумоподавлением в салонах бизнес- и первого классов. Bose начала поставлять наушники с шумоподавлением для American Airlines в 1999 году, а в 2000 году начала предлагать линейку "Quiet Comfort" для широкого круга потребителей. Шумоподавление особенно эффективно против шума авиационных двигателей. Как пассивные наушники-изоляторы, так и наушники или затычки с активным шумоподавлением помогают снизить уровень окружающего шума, что особенно полезно для людей, страдающих бессонницей или другими расстройствами сна, которым такие звуки, как автомобильные сигналы и храп, мешают заснуть. Поэтому наушники и затычки для сна с шумоподавлением разработаны специально для этой категории пациентов.

В больницах

Использование наушников с шумоподавлением для пациентов в отделениях интенсивной терапии внедрено для снижения уровня шумового воздействия, которому они подвергаются в больничной среде. Технология активного шумоподавления показала связь с нарушениями сна, делирием и заболеваемостью, что вызывает обеспокоенность по поводу снижения уровня шума для пациентов, находящихся на лечении.

Здоровье и безопасность

Существует общая опасность того, что прослушивание громкой музыки в наушниках может отвлекать слушателя и приводить к травмам и несчастным случаям. Наушники с активным шумоподавлением добавляют дополнительный риск. В ряде стран и штатов запрещено использовать наушники за рулем или во время езды на велосипеде. При первом использовании наушников с активным шумоподавлением нередко возникает ощущение давления. Это вызвано отсутствием низких частот, которые воспринимаются как разница давления между внутренним и внешним ухом.

Аутизм

В декабре 2016 года исследование, опубликованное в Гонконгском журнале профессиональной терапии, показало, что наушники с шумоподавлением помогают детям с расстройствами аутистического спектра справляться с поведенческими проявлениями, связанными с гиперчувствительностью к стимулам и звукам.

Недостатки

Для активного шумоподавления требуется питание, обычно обеспечиваемое через USB-порт или батарею, которую необходимо периодически заменять или перезаряжать. Без питания некоторые модели не работают как обычные наушники. Батарея и дополнительная электроника могут увеличить размер и вес наушников по сравнению с обычными. Схема шумоподавления может ухудшить качество звука и добавить высокочастотный шум, хотя уменьшение шума может повысить субъективное восприятие качества звука.