Свобода не слухати: що стоїть за технологією шумопоглинання

1978 року уряд США звернувся до звукової компанії з унікальною пропозицією: розробити особливу технологію для комунікації, що дала б пілотам літаків і астронавтам НАСА змогу чітко чути наземні бригади й інших пілотів, навіть якщо на тлі ревтимуть реактивні чи ракетні двигуни. Здобута технологія вийшла пізніше за межі авіаційної сфери: з 1986 року її стали застосувати у військових комунікаційних гарнітурах, а поступово вона проторувала свій шлях до широкої публіки й повсюдного використання.

Нині ми знаємо її як технологію шумопоглинання, що наявна в навушниках у всьому світі. Вона допомагає людям фокусуватися на музиці, подкастах тощо, усуваючи інші небажані звуки.

Як працюють звукові хвилі

Будь-які навушники здатні певною мірою заблокувати зовнішній шум. Однак сторонні звуки однаково просочуватимуться та втручатимуться в аудіодоріжку, хіба що повністю запечатати вуха. Щоб зрозуміти основи технології шумопоглинання – процес захоплення та фільтрування цих сторонніх звуків, ­­­­ варто спершу розглянути, як працюють звукові хвилі.

Звукові хвилі створюються вібраціями, відтак подорожують у довкіллі, досягаючи вух. Найпоширеніший приклад – повітря навколо нас. Ми можемо безперешкодно провадити розмову в кафе з тієї ж самої причини, з якої не чуємо звуків у космосі: щоб поширюватися, їм потрібне середовище – повітря.

Шумопоглинання працює шляхом використання унікальних характеристик звукових хвиль та їхнього середовища. Перший метод – активне шумопоглинання (Active Noise Canceling, ANC). Створюючи власні псевдошумові хвилі, ANC заміщує ними небажані зовнішні звуки. Другий метод – пасивне шумопоглинання (Passive Noise Canceling, PNC). Воно блокує зовнішній шум, обмежуючи середовище, в якому поширюється звук.

Активне шумопоглинання: заміщуємо звукові хвилі… звуковими хвилями

Як відомо, клин клином вибивають, це буде правдою і щодо звукових хвиль: їх можна замістити або навіть повністю нівелювати іншими звуковими хвилями. Як і ті хвилі, що їх ми бачимо в океані, звукові хвилі досягають свого піка (найвищої точки) і западини (найнижчої точки). Якщо дві звукові хвилі, що мають однакову відстань від піка до западини й рухаються з протилежних напрямків, стикаються одна з одною, то зводяться нанівець.

ANC використовує цей принцип руйнівної взаємодії, щоб нівелювати небажані звуки, перш ніж їх почують. Навушник через вмонтований зовнішній мікрофон збирає звуки довкола, аналізує їх за допомогою своїх внутрішніх схем, а потім створює їхні копії, що рухаються в протилежному напрямку. У підсумку небажані звукові хвилі нівелюються до того, як досягнуть вух.

Оскільки ANC аналізує зібраний звук і реагує на основі цього аналізу, шумопоглинання відбувається постійно й регулярно. Якщо навушник вловлює звук, схожий на той, що вже опрацьовувався раніше, він може випустити зворотну хвилю потрібної довжини саме тієї миті, коли потрібно усунути небажані звуки. Таке заміщення високоефективне там, де шум на тлі є повторюваним, як-от у літаку чи в метро. З другого боку, ANC може виявитися не такою ефективною, якщо звуки навколо важче передбачити: під час розмови між двома людьми, наприклад, або коли шум виникає неочікувано.

ANC успішніше заглушує низькочастотний шум, ніж високочастотний. Система потребує часу для аналізу, і ця потенційна затримка може позначитися на якості заміщення й кількості сторонніх звуків, що їх почують користувачі. Інакше кажучи, небажані звуки можуть пробратися швидше, ніж їх поглине ANC.

«У разі басових звуків, що мають відносно велику довжину хвилі, проміжок між піком і западиною довший, тож невелика затримка в заміщенні не вплине на якість активного шумопоглинання, – пояснює Кім Доган, професор акустичної інженерії в університетському коледжі Дейлім. – Однак високочастотні звуки з короткою довжиною хвилі мають менший проміжок між піком і западиною, а це означає, що навіть незначна затримка здатна негативно вплинути на роботу ANC».

Пасивне шумопоглинання: збиваємо звукові хвилі зі шляху

Більшість людей прикриває вуха, коли чує неприємні звуки, адже наразі це найдоступніший спосіб захиститися від них. Оскільки звукові хвилі поширюються в повітрі, різні перешкоди, як-от рука, заважають їм досягнути вух. Саме тому підводна комунікація така складна, зважаючи на кількість води між джерелом шуму й вухом.

У цьому полягає суть роботи пасивного шумопоглинання (PNC). Навушники, оснащені цією технологією, спроєктовано так, щоб стати фізичною перепоною: використовуючи матеріал, що поглинає звуки, або ізолюючи вухо. Накладні навушники, що повністю прикривають вуха, або вакуумні, що закорковують слуховий канал, – найкращі приклади технології пасивного шумопоглинання.

На відміну від ANC, що потребує мікрофона й аналітичних схем, PNC-навушники значно простіші у виробництві, а тому й дешевші. До того ж, ідеально помістившись у вухах, вони здатні майже повністю нівелювати сторонні звуки, що робить PNC практичнішою та ефективнішою за ANC. Та оскільки PNC-навушники вкладаються просто в слуховий канал, для деяких користувачів це може виявитися некомфортним.

Безпека понад усе

У підсумку, щоб позбутися небажаних звуків, значення має не тільки технологія шумопоглинання в пристроях, але і їхня форма. Дотепер у сфері шумопоглинання переважали навушники внутрішнього типу. Такі девайси, як порівняти з навушниками відкритого типу, вкладаються просто у слуховий канал, що залишає більше місця навколо вуха й зрештою призводить до меншої ефективності в шумопоглинанні. Навушники відкритого типу нечасто оснащувалися технологією шумопоглинання, та нещодавно вибір користувачів поширшав: 5 серпня Samsung представила Galaxy Buds Live, бездротові навушники відкритого типу з технологією ANC.

Galaxy Buds Live ANC фільтрує низькочастотні шуми на тлі, пропускаючи водночас навколишні живі звуки, щоб ви чули більше того, що хочете почути

Хоча технологія шумопоглинання допомагає з головою поринути в музику чи краще сфокусуватися на аудіокнижці, вона може також виявитися небезпечною, якщо не чути нічого, що відбувається навколо.

«Блокуючи всі довколишні звуки, шумопоглинальні навушники можуть завадити розпізнати загрозливу ситуацію», – зазначає професор Кім.

Гучність всередині пари навушників може сягати від 70 до 80 дБ РЗТ¹ (як і в автомобільного гудка), та оскільки аудіо в навушниках набагато ближче до користувача, у нього дуже легко зануритися й стати нечутливим до стороннього шуму. Крім цього, активація ANC зменшить зовнішній шум до 30 дБ, тоді як звук у навушниках зберігатиметься в межах 70-80 дБ РЗТ, тож почути сигнали небезпеки стає складніше.

Користуючись навушниками з технологією шумопоглинання, на чільному місці завжди має бути безпека й добре розуміння обставин, за яких ці девайси застосовуються. Якщо ви перебуваєте в приміщенні й хочете насолодитися улюбленими треками, у такому разі ефективне шумопоглинання є чудовим варіантом. Однак надворі – під час, наприклад, пробіжки – слід постійно зважати на ситуацію й вибирати пристрої з обґрунтованим рівнем шумопоглинання, що дасть змогу залишатися в курсі подій навколо.

¹Первинно децибел (дБ) є відносною одиницею вимірювання, що являє собою різницю між базовим рівнем і вимірюваним. Якщо говорити в контексті аудіо, то 0 дБ визначається як рівень звуку, що його людина може почути, і використовується як абсолютна одиниця вимірювання (дБ РЗТ = дБ + рівень звукового тиску (РЗТ)). Інакше кажучи, дБ використовується як для демонстрації різниці між гучністю розмови й автомобільного гудка, так і для вираження звучання автомобільного гудка в абсолютних одиницях, але в останньому разі РЗТ просто не включається в дБ.