حذف نویز فعال چیست؟

حذف نویز فعال (ANC) یکی از ویژگی‌هایی است که به طور عمده در هدفون‌ها استفاده می‌شود و بسیاری از نویزهای بیرونی را از تجربه شنیداری شما حذف می‌کند.

به گزارش تکناک، این ویژگی باعث می‌شود که به طور قابل‌توجهی آرام‌تر و راحت‌تر به موزیک گوش دهید با این حال، نحوه عملکرد حذف نویز در هدفون هایی مانند سنهایزر، Momentum 4 Wireless و سونی WH-1000XM5 برای بسیاری یک معما است.

در نمایشگاه IFA 2023 امسال با کریستین ارن، مدیر محصول اصلی هدفون های مصرفی در سنهایزر، به گفتگو نشستیم تا اطلاعات بیشتری در مورد مکانیزم حذف نویز فعال بگیریم.

میرایی صدا اولین قدم برای حذف نویز است

اول از همه، مهم ترین چیزی که باید در مورد حذف نویز درک کرد این است که همه آن به فرکانس ها، امواج صوتی و مهمتر از همه، فیزیک مربوط می شود. صداها به صورت امواجی حرکت می کنند که از ارتعاشاتی تشکیل شده اند که از هوا عبور می کنند. هرچه این ارتعاشات مکررتر باشد فرکانس بالاتر است (همانطور که از نام آن پیداست) و ارتفاع موج اساساً دامنه یا بلندی را تعیین می کند.

هنگامی که با صداهای با فرکانس بالاتر سروکار دارید، این صداها به سختی به سطوح نفوذ می کنند و این ویژگی برای همه انواع فرکانس ها یکسان است. در حالی که صداهای موجود در محتوایی که با هدف مصرف توسط انسان انجام می شود، معمولاً هرگز از 20 کیلوهرتز فراتر نمی روند (زیرا این محدودیت محدوده شنوایی انسان است)، برای مثال mmWave 5G معمولاً به 40 گیگاهرتز می رسد. در فرکانس 40 گیگاهرتز، mmWave در نفوذ به انواع سطوح مشکل دارد، به همین دلیل است که طیف سیگنالی است غالبا” در خارج از شهر در شهرهای بزرگ یافت می شود.

با توجه اینکه صداهای با فرکانس بالا به سختی در سطوح نفوذ می کنند می توان درک کرد که چرا بسیاری از هدفون های سطح بالا برای حذف فعال نویز از پد های هدفون ضخیم و نرم استفاده می کنند. در حالی که صداهای با فرکانس پایین می توانند به راحتی به این صداها نفوذ کنند، صداهای با فرکانس بالاتر تا حد زیادی توسط سطح ضخیمی مانند اینها فیلتر می شوند. این تکنیک میرایی صدا نامیده می شود و نه حذف نویز فعال.

فیزیک تداخل مخرب

هنگامی که دو موج منسجم (به بیان ساده، مشابه) با هم ترکیب می شوند، این تداخل نامیده می شود. اگر آنها برای تقویت موج ترکیب شوند، این تداخل سازنده است، اما اگر یکدیگر را خنثی کنند، به آن تداخل مخرب می گویند. مفهوم تداخل مخرب قطعه بزرگی از پازل فعال حذف نویز است.

با نگاهی به تصویر بالا، توجه داشته باشید که خط بالایی ترکیبی از دو موج زیر آن است. در سمت چپ، هر دو سیگنال در فاز هستند، بنابراین آنها تقویت می شوند و در نتیجه موج قوی تری ایجاد می کنند. در سمت راست، یک ضد موج خارج از فاز منجر به تداخل مخرب می شود. در یک زمینه صوتی، یک سیگنال یک موج صوتی بیرونی است و ضد موجی که برای از بین بردن آن تولید می‌شود، از طریق هدفون شخصی که به موسیقی گوش می‌دهد پخش می‌شود.

اگر اینطور است، پس چرا هنوز صدا را از خارج از هدفون خود می شنوید؟ برخی از صداها به طور کامل حذف می شوند، اما هرگز یک جفت هدفون حذف نویز کامل وجود ندارد. باز هم، به دلایل مشابه، همه چیز فقط در مورد فیزیک است. این جایی است که میکروفون های بیرونی هدفون شما در مورد حذف نویز و تفاوت بین “feed-forward” و “feed-back” وارد عمل می شوند.

حذف نویز فعال Feedforward در مقابل feedback

دو نوع مختلف ANC در هدفون استفاده می شود، و ارن به ما می گوید که تقریباً همه هدفون های پرچمدار از ترکیبی از هر دو استفاده می کنند. Feedforward ANC به صدای خارج از هدفون گوش می دهد و سعی می کند آن را حذف کند، در حالی که ANC feedback دارای میکروفون در داخل گوشی خواهد بود و به تفاوت بین داخل هدفون ها و صدای چیزی که باید پخش شود گوش می دهد. Feedforward ANC به ویژه جالب است، زیرا کار تخصصی ایجاد هدفون های حذف نویز را نشان می دهد. در اصل، یک موج صوتی که به داخل پد هدفون وارد می‌شود، وارد یکی از میکروفون‌ها می‌شود و در چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد تا آن موج صوتی به گوش شما برسد. میکروفن سعی می‌کند آن موج صوتی را پردازش کند و یک ضد موج تولید کند. برای صداهایی که رو به میکروفون هستند، فقط در میلی ثانیه به خوبی کار می کند، اما برای صداهای بالا و پایین اینطور نیست، زیرا آنها مستقیماً وارد میکروفون نمی شوند و ممکن است قبل از اینکه بتوان آنها را لغو کرد به گوش برسد. به همین دلیل است که ANC feedback می تواند شکاف ها را ببندد.

با  feedback ANC، از میکروفون‌ها در داخل گوشی برای اندازه‌گیری تفاوت بین چیزی که باید پخش شود با آنچه که واقعاً می‌توان در داخل گوشی شنیده شد، استفاده می‌کند. هنگامی که صدای بیرون به این میکروفون می رسد، توسط شنونده شنیده می شود، اما می توان از آن برای حذف صداهای ثابت مانند زمزمه هواپیما یا چیزهای دیگر استفاده کرد. با این حال، نمی تواند به نویزهای ناگهانی کمک کند، به همین دلیل است که ترکیبی از Feedforward در مقابل feedback بهترین است.

به عنوان یک نکته، آیا تا به حال انگشتان خود را به قسمت بیرونی گوشی یا هدفون خود مالیده اید و صدای بلندی شنیده اید؟ Feedforward ANC دقیقاً دلیلی است که این اتفاق می‌افتد و هدفون‌های بی‌سیم رده بالا با ANC اساساً همان هدفون‌های پیشرفته هستند، فقط در مقیاس کوچک‌تر.

یکی کردن همه موارد

هنگامی که ما حذف نویز فعالFeedforward  و feedback را ترکیب می کنیم، ترکیبی قدرتمند به دست می آوریم که قادر است صداهای با فرکانس پایین تر را با یکپارچگی بسیار بالا خنثی کند. همچنین به همین دلیل است که هدفون های حذف کننده نویز فعال در فیلتر کردن صدای چیزهایی مانند حمل و نقل عمومی و سایر صداهای ثابت عالی هستند، زیرا آنها صداهای قابل پیش بینی هستند که feedback ANC می تواند با موفقیت پیش بینی و حذف کند. ترکیب آن با ویژگی‌های میرایی صدا در پد های هدفون ضخیم‌تر که در فرکانس‌های بالاتر به خوبی کار می‌کنند و شما تمام فناوری‌هایی را دارید که اکثریت قریب به اتفاق حذف نویز فعال امروزی را تشکیل می‌دهد.

جایی که هنوز مشکل دارد، فیلتر کردن گفتار است و چرا حذف نویز فعال می تواند در این زمینه مشکل داشته باشد. محدوده 1 کیلوهرتز تا 3 کیلوهرتز جایی است که بیشتر گفتار انسان در آن قرار دارد و این به اندازه ای بالا است که لغو feedback ANC سخت تر است، اما برای کار با Feedforward ANC بسیار جهت دار است. ترکیب آنها پیچیدگی زیادی ایجاد می کند (به همین دلیل است که معمولاً هدفون های متوسط ​​تا پایین رده ممکن است فقط از یکی از این تکنیک ها استفاده کنند و نه هر دو) و همچنین می توانند بر کیفیت صدا تأثیر بگذارند.

در این مورد، ارن به ما می گوید که هدفون را می توان برای کیفیت صدا یا ANC در اولویت قرار داد، اما نه همیشه هر دو را. صدا باید برای زمانی که ANC روشن است تنظیم شود، اما اگر فرکانس‌هایی را که از بیرون شنیده می‌شوند حذف می‌کنید، خطر حذف فرکانس‌ها در موسیقی واقعی‌تان نیز وجود دارد. به همین دلیل است که حذف نویز یک شاهکار پیچیده مهندسی است، اما بهترین هدفون های ANC همگی در آن بسیار خوب عمل می کنند.