26 июля 2017
Активная система шумоподавления для «чайников»
Макс Любин
Привет!
Интересуясь портативной аудио техникой, большинство из нас однажды сталкивается с таким понятием, как активное шумоподавление. Устройства с этой системой стоят ощутимо дороже и производятся далеко не всеми компаниями. Неужели это такой секрет и тайна за семью печатями, что знают о ней лишь посвященные?
Предлагаю попробовать разобраться.
Немного истории
Может показаться, что такая технология должна была появится сравнительно недавно. По крайней мере точно в 21 веке. Однако, реальность часто умеет удивлять. Первый патент на систему управления шумом был выдан в США изобретателю Полу Люгу (Paul Lueg) еще в 1934 году.
Однако, в потребительскую электронику эта система попала гораздо позднее.
Начиная с 50-х годов прошлого столетия, система активного шумоподавления использовалась в узкоспециализированных сферах. Например, в авиации.
В 1957 году, Уиллардом Микером была разработана схема, которая при своих компактных размерах (помещалась в накладные наушники) позволяла отсечь шум на звуковом диапазоне от 50 до 500 Гц с максимальным затуханием около 20 дБ.
Уиллард Франклин Микер
Родоначальником производства серийных моделей наушников с системой активного шумоподавления считается компания Bose, которая в конце 80-х годов 20 века представила первую серийную модель наушников с системой активного шумоподавления.
Однако. несмотря на серийный выпуск, о массовой продаже речь не шла. Покупателями наушников были авиакомпании, желавшие обеспечить пилотов защитой от внешних шумов двигателей самолетов и вертолетов, что позволяло комфортно вести переговоры. Однако, уже к 1989 году в Bose адаптировали технологию для широких масс.
Как это работает?
На самом деле в работе шумоподавления нет ничего сложного. Системы активного шумоподавления основаны на процессе интерференции волн.
Иными словами, если создать зеркальное отражение звуковой волны (инвертировать), и наложить ее на исходную, то звуковые волны погасят друг друга.
Для захвата окружающего звука, наушники с системой активного шумоподавления (САШ) оснащены одним, или несколькими микрофонами, которые слушают окружающие звуки. Затем, эти звуки передаются в электронный блок, в котором и происходит анализ и их инвертирование. Затем полученную зеркальную волну (с перевернутой фазой) подают на динамик. Эти звуковые волны в процессе интерференции смешиваются в новую волну и подавляют друг друга.
Наиболее эффективно такие системы справляются с шумом от 100 Гц до 1 КГц.
Основным конструктивным ограничением таких систем является необходимость наличия дополнительного электронного блока, с отдельным источником питания.Именно этот блок обрабатывает внешние звуки и создает сигнал в противофазе. В случае с накладными и мониторными наушниками, это не проблема, так как конструкция последних позволяет разместить начинку и источник питания внутри чаши наушника.
«Вкладышам» и «затычкам» требуется отдельный блок снаружи, что уже выглядит не так эстетично.
Однако, существует еще один вариант — размещение всей необходимой электроники внутри устройства воспроизведения. Такой подход чаще всего использует Sony. Ограничением такого типа является то, что оба устройства, и «плеер» и «наушники» должны быть совместимы и обладать необходимыми компонентами. В качестве примера можно привести смартфон Sony Z2 в комплекте с наушниками Mdr-nc31em
В этом случае вся электронная начинка обрабатывающая внешние шумы находится внутри телефона. Наушники же имеют дополнительные микрофоны, и оснащены дополнительным контактным кольцом на штекере.
Производством наушников с САШ занимаются многие компании, как именитые так и не очень.
На данный момент можно констатировать, что у именитых это получается лучше, так как кроме качества железа, такого как портативные микрофоны, элементы питания, и процессоры обработки сигнала, не менее важным является качество программного обеспечения, обрабатывающего сигнал. А разработку качественного ПО могут позволить себе только компании имеющие достаточную материально-техническую базу и штат профессионалов в этой области.
Однако, учитывая удешевление комплектующих, миниатюризацию компонентов и рост доступности технологий, все больше компаний начинают выпускать свои аудио устройства оснащенные САШ. Может быть где то уже появился конкурент Bose.
Неужели все так безоблачно?
Увы нет. Системы шумоподавления подходят далеко не каждому. Существует определенный процент людей, которые не могут пользоваться подобными системами из-за особенностей вестибулярного аппарата.
Как не пробуя такие системы понять подойдут они вам или нет?
Например, если вы подвержены морской болезни, то с большой долей вероятности система активного шумоподавления вызовет у вас головную боль. Происходит это из-за несоответствия информации поступающей в мозг из разных источников. Когда вы находитесь в каюте корабля, мозг анализируя картинку думает, что тело находится в покое, а вестибулярный аппарат посылает противоположные сигналы. При работе САШ мозгу кажется, что мы находимся в тихом месте, однако информация приходящая от других органов чувств противоречит слуху. Происходит перенапряжение мозга, и как следствие, головная боль.
Кроме этого, не следует забывать и о том, что для того чтобы подавить шум, система производит анти-шум. И если слух нам удается обмануть. то нервную систему не обманешь.
Как же быть?
Несмотря на «такие страшные» негативные последствия, не стоит отчаиваться. Процент людей, у которых САШ вызывает головную боль или тошноту не так уж велик. Согласно исследованиям, это всего 5-6% от общей массы. Несмотря на это, перед покупкой, настоятельно рекомендую послушать наушники оснащенные САШ не менее 1,5-2 часов. Обычно именно за это время проявляются побочные эффекты, если они для вас есть.
Хотелось бы услышать ваш опыт использования наушников с САШ, если таковой был. А если такого опыта не было, то хотели бы вы попробовать наушники с системой активного шумоподавления?
Plantronics BackBeat — 1,5 года, полёт нормальный, даже не знаю как я без них раньше в метро ездил. Так как шум убирается не полностью, а лишь приглушается, то мозг и НС не бунтуют. Качество звука, для сжатого аудио / видео, более чем достаточное.
«производит анти-шум. И если слух нам удается обмануть. то нервную систему не обманешь.»
Как вот это понять? Нервная система слышит звуки ещё чем-то, помимо ушей? Что за бред.
Там же было написано про вестибулярный аппарат, это и имеется в виду. Когда органы слуха начинают конфликтовать с нервной системой и получается эдакий когнитивный диссонанс на физиологическом уровне.
Про это было написано чуть выше абзацем. И следующий абзац начался словами «Кроме этого, …»
То есть, кроме проблем с вестибулярным аппаратом.
И все равно не понимаю. Даже про вестибулярный аппарат. Точнее, тем более про вестибулярный аппарат.
Система гасит шумы в довольно узком диапазоне. Организм может воспринимать звук иным способом, чем ушами, тоже в довольно узком диапазоне. И то, это скорее не вестибулярка, а осязание. Причем эти диапазоны пересекаются слабо.
Просто представьте, вас лишили слуха. Вообще. И если он вам в данный момент не нужен, возникнут ли от этого проблемы?
Думаю возникнут. В городских условиях сигнальная система человека вообще постоянно находится а условиях стресса, а если отрубить один из самых важных датчиков, то наступит шок. Вот почему мы не попадаем под машину? Среднее ухо+память — это инерционная система наведения, благодаря которой мы знаем где находимся и куда идти не надо. Геолокацию дополняет зрение, которое ориентируется на местности и помогает записывать трекинг человека в память. Слух в первую очередь — датчик системы безопасности. Благодаря нему мы можем определить угрозу, которая находится вне поля зрения. Некоторые люди неосознанно пользуются отражением звука, для дополнительной ориентации в пространстве. А мы берем им и отключаем половину системы. Инстинкт безопасности и поднимает тревогу, от которой болит голова.
Не спорю. Но это уже другая проблема. Мы обсуждали дискомфорт из-за рассинхронизации чувственных систем.
Поэтому повторю вопрос. Если в конкретный момент (!) слух не нужен, вызовет ли его отключение некие проблемы?
Не могу себе представить ситуацию, когда слух «не нужен».
Неровная система воспринимает всю информацию, приходящую в мозг. Причем очень многое воспринимается минуя сознание. Шум, создаваемый системой шумоподавления тоже воспринимается в виде вибраций и при этом появляется диссонанс в восприятии.
Шум, создаваемый системой шумоподавления, как аккустический, так и вибрационный, находится в противофазе реальному. Далее см. рис из статьи. До организма доходят не две громких волны, а resulting noise.
Не до организма, а до уха…а нервная система как раз и получает сигналы от всего организма. Речь идёт о наушниках,, а не колонках.
Согласен. До уха. Рассинхронизаию органов чувств, обсуждаем чуть ниже.
Я к тому, что изменение звукового профиля, когда вы слышите иной звук, чем он есть в природе, никак не может вызвать дискомфорт. Особенно если он изменен в сторону уменьшения, а не увеличения.
Взять те же беруши (затычки). Дискомфорт может быть от касания кожи, мол в ухе лишнее торчит, но никак не из-за изменения звука. АСШ это полный аналог беруш.
Как раз-таки в берушах дискомфорт происходит из-за того, что канал звука отключен — мозг находится в постоянном тревожном состоянии. Это как мозоль на стопе или заноза — постоянно мозг отвлекается и в итоге — головная боль. Хотя с тем что написали выше — согласен, если уровень звука (шума) уменьшен — то не могу понять почему это может вызвать дискомфорт. Хотя возможно, мозгу как раз нужен внешний шум, это как настенные часы в тихой комнате — они тикают и тикают, а в какой-то момент мы их просто перестаём слышать.
Ок, не будем говорить о том, ЧЕМ именно воспринимаются вибрации, да хоть мозгом напрямую. Давайте посмотрим, КАКИЕ вибрации воспринимаются.
Если посмотреть заглавную картинку, то результирующая волна справа — это именно те вибрации, которые воспринимаются. Иных вибраций НЕТ. Точка.
Если кому-то кажется, что мы воспринимаем и волну шума, и волну анти-шума, а их вычитание происходит где-то в нашем сознании (подсознании, внутреннем ухе, etc.) — гоните от себя эту мыслю как антинаучную, ибо вступаете на территорию канала рен-тв.
Вычитание волн происходит ещё в передающей среде, т.е. в воздухе. Наши органы чувств (какие бы они ни были) воспринимают уже погашенный сигнал. Нет никакой возможности распознать, из чего он был получен исходно.
«послушать наушники … не менее 1,5-2 часов. .. за это время проявляются побочные эффекты, если они для вас есть.»
Скажем так, за 2 часа прослушивания ЛЮБЫХ наушников на нормальной громкости в башке появляются побочные эффекты. Как правило, следует делать паузу.
Sony E584 с родными наушниками (модель такая же как указана в статье) — для общественного транспорта самое то, час по пути на работу, час обратно и никаких шумов, разговоров и прочего. Особых побочек нет, за исключением общего снижения слуха (но это наверное есть у всех горожан в принципе, чтобы в этом убедиться достаточно пожить в деревне или другом тихом месте недели 3, не пользуясь наушниками вообще).
Один в один статью (даже картинки те же) видел пару месяцев назад то ли на айфонс, то ли на макдигере.
Перепечатка?
Нет, не перепечатка
Так 3% или 5-6% людей не переносят САШ? Откуда взяты данные у вас?
BOSE QC15 сильно давили на уши QC20 уже меньше, привык. Сейчас король ANC — Sony MDR1000X. Так вот они судя по отзывам владельцев на уши не давят совсем. Bose не глушат разговоры и крики младенцев, сони глушат. https://www.rtings.com/headphones/tests/isolation/noise-isolation-cancellation-passive-active В статье можно посмотреть замеры работы ANC. Язык английский, так что через translate, для кого актуально.
Пробовал и 1000 и QC 35. Разница не огромная, но есть, Bose лучше. И шумадав, даже незнаю как выразиться плавнее, и звук приятнее. Но каждому свое. Я в итоге купил QC 35.
Спасибо за ответ. А я вчера поменял qc20 на 1000x. Очень нравятся пока. еще бы цена на них как в Штатах 🙂 проводной звук пока не радует ( в сравнении с AT MSR7 с внешним цапом) ждем прогрева (MSR7 из коробки тоже не радовали) Поразительно, но qc35 нет в Сеуле чтобы попробовать. По комфорту думаю BOSE чуть лучше, я qc15 почти не замечал, qc20 не замечал совсем, даже при долгом прослушивании. У сони очень нравится Ambient Mode.
Не нравится неотключаемое автоотключение через 5 минут без провода или БТ соединения ( Буду покупать 3.5 Джек и вставлять его, когда нужно ANC без музыки, такой вот колхоз за 370 баксов) А вообще, ANC как наркотик, попробовал и после этого без него уже грустно. Вчера в самолете в очередной раз поражался разнице ANC on и off 🙂
Сравнил сегодня qc35 и 1000x. Итог: Рад, что взял 1000. Шумодав больше верхов давит, ну и звук. Выпяченная середина и бас у BOSE не понравились. В целом характер звучания похож на мои бывшие qc20. Но эргономика и комфорт у qc35 чуть лучше, и весят на 40 г. меньше, заметно.
Считаю эту систему излишней на наушниках- если хорошая пассивная шумоизоляция, то никакая САШ не потребуется.
Ну и лично по мне, те же самые Bose в плане звука совсем не фонтан…
Слушал на Маяке (в клинике Фадеева), что наушники с шумоподавлением ведут, если не ошибаюсь, к тугоухости. Сам стал выключать его, когда нахожусь в тихом месте и нет необходимости в шумодаве.
Меня удивило то, что в простых наушниках с шумоподавлением (Сенхайзер PXC-350, если не ошибаюсь) внутри никакой особо сложной электроники — всего лишь простенькая аналоговая схема на паре операционных усилителей.
Интересно, никто не задумывался сделать внешний девайс, вставляемый в AUX автомобиля, который бы снижал шум внутри авто (как на аудиосистемах Bose, к примеру)?
Так ведь тише не становится (будет и шум и антишум) — для снижения шума, нужно делать качественную шумоизоляцию и двойные стёкла. Все эти «антишумы» придуманы только для передачи речи человека в условиях сильного шума (100-1000Гц как раз диапазон речи человека).
А разве на Ауди А8 такую систему не ставят?
С хорошими iem в активном шумодаве нет смысла. Да и система на любителя, слушал bose qc25, шумодав явно давал какие то призвуки в музыку. Я так кстати и не понял чего все тащятся от этих боуз, звук приотвратительнейший.
А если в распоряжении CIEM, то и подавно)
Использую shure с пенными насадками — звукоизоляция отличная, никаких дополнительных приблуд и не нужно. Конечно рев авиамотора не перекроет, но в метро шума практически не слышно, а больше и не надо.
Безопасны ли данные системы на громкой оживлённой улице в городе?
ну, можно сэда приплести дугие средства… безопасен ли глубокий капюшон на оживлённой улице? Не мешает ли он обзору?
Тут уж человек решает что ему нужно.
Согласен. Видел забавную рекламу — когда ставят колонки на пешеходном переходе и пугают людей уткнувшихся в смартфон и показывают им на другой стороне их фото в момент подачи звука визжащих тормозов на таблоиде с надписью — «это всего лишь испуг…»
Пользовался Sony MDR zx750 с шумодавом,никаких побочных эффектов.Шумодав включал в метро или в самолете,отлично работал
К примеру,у меня есть спортивные наушники вкладыши Denon,так вот для того чтобы их слушать в метро,звук приходится выкручивать почти на максимум,что явно плохо для слуха,да и внешние шумы все равно сильно мешают.Поэтому сейчас для транспорта у меня Сенхи HD 4.50,шумодав там отличный..Слушал и Соньки 1000-ые,там все прекрасно и со звуком,и с шумоподавлением,но пока бюджет..)не позволяет
Кстати замечал,что если внимательно посмотреть на людей в метро с накладными и полноразмерными наушниками,процентов 80 это Sony
Баловство всё это, для переговоров/радиосообщения подходит, для музыки нет.
ну, тут можно и поговорить. вот про какое качественное прослушивание можно говорить в грохочущем вагоне метро/автобусе/самолёте? От чего больше пострадает качество восприятия от обработки шумодавом или от прорывающихся внешних шумов?
поддерживаю. особенно когда смотришь фильм в метро. они такие тихие, что даже на максимуме и с предусилением на 200% всё равно некоторые фразы невозможно понять даже в хорошо звукоизолированных наушниках
Имею SONY MDR-ZX750BN, очень помогают гасить шум метро и улицы, лучше чем пассивные затычки. Дома их тоже слушаю и тоже с шумоподавлением, даже по проводу, искажений никаких нет от САШ. У брата SONY MDR-ZX770BN, вот там САШ уже коряво работает.
Интересная статья, но грамматика оставляет желать лучшего.
Спасибо за статью, много интересного и нового узнал для себя. У меня имеется лишь одна гарнитура с ANC, это Nokia BH 950i. Хорошая штуковина, покупал на распродаже при закрытии фирменной сети за копейки. Может к о расскажет, от чего происходит эффект, не знаю как обозвать, например едешь на автобусе, при проезде лежачего полицейского происходит сильный «бульк», когда включена система шумоподавления.
Шумодав не справляется с громким шумом.
сижу в опенспейсе. Без шумодава приходилось музыку выкручивать на максимум — и всё равно не спасало, трёп соседей мешал сосредоточиться, и за день сильно утомлял. А с шумодавом, достаточно музыку включить тихооонечко, только чтоб отвлекала от звуков, прорвавшихся через шумодав — и уже можно комфортно работать.
да, на уши давит (bose qc25). Но болтовня 20 человек и гул трассы за окном, по-моему, тоже нифига не полезны.
Пробовал как-то Samsung Level U Pro ANC — странные они какие-то. Включаешь — вроде нет эффекта, шум как был так и остался. Слушаешь некоторое время, выключаешь — оказывается был эффект, шум стал громче. Грохот метро вроде бы приглушают, а вот высокие звуки как будто наоборот усиливают. В ветреную погоду пользоваться невозможно — все свистит капец как. Ошейник этот тоже не понравился. Зато звучат на удивление приятно.
В итоге предпочел хорошую пассивную шумоизоляцию. Шум глушит не сказать что намного хуже, а то и лучше, зато ничего не свистит. И аккумулятор целее будет.
Лет 6 назад по случаю недорого прикупил Nokia BH-905i, шумодав там работает неплохо, но, как оказалось, нужен он мне нечасто. Де факто, пользу ощутил лишь в перелетах, вот там эту штуку сложно переоценить! На улице накладные наушники не таскаю, а дома и в офисе ANC даже не включал ( я хоть и в опенспейсе сижу, но компания IT-профиля, народ не звонит наперебой клиентам а просто стучит по клавиатуре). Сами ушки к слову весьма хороши, удобно смотреть сериальчики вечером лежа на диване и не мешать спать домашним. Живы до сих пор, прекрасно себя чувствуют!
Чуть позже приобрел для улицы Nokia Essence (BH-610) вот там какого-то прям вау-эффекта шумодав не дает, хотя в метро или трамвае разница чувствуется. Ушки тоже целы, звучат прекрасно, но капельки за счет микрофонов и крупных динамиков получились большими и в ушах сидят неуверенн, поэтому перешел на другие затычки, без ANC (Sony SBH80, LeEco Le Sports BT)
В итоге, решил для себя, что система шумоподавления лично мне без особой надобности, а в полет можно старенькие Nokia взять. Поэтому когда недавно выбирал себе накладные наушники в офис, то поначалу смотрел на Sony MDR-1000, но в итоге решил сэкономить, и взял MDR-1ABT, которые во многом близки, по звуку даже малость лучше на мой взгляд, а стоят почти вдвое дешевле.
Часто летаю и могу точно сказать, что закрытые наушники с шумоподавление — это панацея от внешнего шума. Использую Plantronics BackBeat PRO2. И очень доволен. Зачастую просто включаю шумоподав и… засыпаю без музыки. Ну и 24 часа работы — это тоже круто.
ничего себе аффтор продуктивный))) в хорошем смысле. ни часу без статьи. знакомому сын подарил наушники именно для самолёта всё слышно типа кроме двигателей. доволен (ибо сын подарил)))
п.с решил в 8 утра поспать а тут какойто ребёнок по соседству развякался, причём так ядовит;. включил оконный кондиционе и так хорошо до 11 поспал)))) кстати программы для андроида типа https://play.google.com/store/apps/details?id=net.metapps.sleepsounds&hl=en очень даже хороши. ставлю поезд под дождём и так хорошо сплю (идея для статьи, тут вроде не было, а программ таких море) https://uploads.disquscdn.com/images/bfdeef285c81b8c84e7c17f8196aadbc9aeaa0afe70f6c26a509647f4e622c9b.jpg
>>>»Наиболее эффективно такие системы справляются с шумом от 100 Гц до 1 КГц.»
интересно, а в оставшейся части слышимого диапазона ANC тоже пытается работать, но получается не так эффективно? или разработчики как-то ограничивают рабочую полосу системы?
думаю, «странные ощущения» возникают не от «выключения слуха», а от неспособности системы точно попасть в противофазу. неспособность эта подтверждается ограниченным эффективным диапазоном — чем выше частота, тем сильнее сказывается инпут-лаг.
в итоге имеем фазовую кашу во всём диапазоне, плюс усиление шума на ВЧ (если их не обрезают изначально). а как раз к фазе наш слух очень чувствителен.
в общем, я за пассивную шумоизоляцию — юзайте закрытые наушники, делайте CIEM и кастомные насадки, и всякие новомодные АШП будут вам казаться не более чем очередным способом честного отъёма.
Даже нельзя сравнить пассивную изоляцию и ANC, особенно в самолетах.
у звука есть частота и амплитуда, чтобы погасить её нужно создать отрицательную амплитуду звука на той же частоте. Отрицательный звук!!! Ура, изобрели антизвук!
Или я что-то недопонял?
Очень много летаю, бывают длинные перелеты по 8-12 часов. Наушники с ANC просто необходимость.
Сначала были и есть QC 15. Отличный звук, классное шумоподавление. Из минусов работают только с батарейкой AAA внутри, одной батарейки хватает на 35 часов.
Затем появилась возможность взять недорого ZIK 2 от Parrot. Шумодав хуже, но наличие продвинутого эквалайзера очень радовало в плане звучания. К сожалению почти все ZIK 2 сделаны с браком и через какое-то время перестают заряжать аккумулятор, сйчас буду сдавать их в ремонт или на возврат, благо на гарантии.
Ну и на днях купил QC 35. Все отлично, лучший шумодав с возможностью настройки уровня, хороший звук, 20 часов от одной зарядки, 40 от провода.
Некоторые тут пишут о том, что хорошая пассивная изоляция помогает лучше. А от низкочастотного шума она помогает? От туц-туц соседей, или машин за окном?
У меня есть трое наушников, большие Sony MDR-10RBT, затычки Sony h.ear, и недавно приобрел Bose QC30, тоже затычки но с шумоподавлением, так вот в обоих Sony я практически не слышу шума в верхних частотах, но отлично слышу шум в средних и особенно низких, о котором я писал выше, а вот в Bose QC30, наоборот, высокие слышно, хотя и тише, а вот низкие и средние моментом пропадают, так что соседи с музыкой, и гул автомобилей становится не слышным, даже забываешь о них, и такое странное ощущение когда выключаешь, внезапно появляется резкий гул, даже с закрытыми окнами он есть, но спустя несколько секунд привыкаешь) Конечно, если шум очень громкий, то его слышно, но вот работают кондиционер, компьютер шумит, открыто окно, на улице шоссе, а я слышу только шум листьев.