Наушники стали неотъемлемой частью нашей жизни. Полноразмерные (накладные) наушники всё чаще можно увидеть на улице и в транспорте – и это не только дань ретро-стилю. Полноразмерные наушники гораздо лучше «вкладышей» изолируют слушателя от внешних шумов, обеспечивая комфортное прослушивание.
На следующем графике представлены полученные экспериментально спектры шумов в метро и современном электропоезде во время движения. Уровень шума в тоннеле метро закономерно выше, чем на открытом пространстве железной дороги – но характер шума сходный, с преобладанием низкочастотных шумов. Пиковый уровень шума в метро – 98 дБ, на МЦК – 89 дБ.
Для прослушивания музыки её уровень должен превышать уровень шума хотя бы на 12-15 дБ. Но не за счёт повышения громкости – так и до болевого порога недалеко. Поэтому нужно снижать уровень шумов, попадающих извне. Для этого применяются два метода – пассивный и активный. Приводимые далее графики получены на изделиях одного модельного ряда, но разного назначения. Жёлтым отмечены участки, где уровень шумов перекрывает полезный сигнал.
Пассивное шумоподавление – классический способ. Идущие извне звуковые волны физически блокируются за счёт механического препятствия – амбушюра из звукопоглощающего материала.
Степень снижения внешнего шума зависит от многих факторов – формы и материала амбушюра, посадки на голове, плотности прилегания – и частоты. Амбушюры малого размера не полностью перекрывают ушную раковину и обеспечивают хорошую степень подавления внешних шумов только на средних и высоких частотах – где их уровень и так невелик. До полной изоляции здесь очень далеко. Крупные мягкие амбушюры эффективны в более широкой полосе частот, но подавление неравномерное и далеко от требуемого, поэтому приходится увеличивать уровень громкости.
При активном шумоподавлении шум снижается за счёт звуковой волны, сгенерированной в противофазе. Этот метод использует цифровой звуковой процессор и определённые алгоритмы, обеспечивающие высокую эффективность в широкой полосе частот.
Простой алгоритм оценивает уровень внешнего шума через встроенный микрофон и подмешивает его в противофазе к полезному сигналу (в радиотехнике это называется «связь вперёд»). Степень подавления зависит от соотношения уровней проникшего и сгенерированного сигнала, качества микрофона-датчика шума и модели, положенной в основу алгоритма.
В гибридном алгоритме используется не только связь вперёд, но и обратная связь по некомпенсированным шумам. Для этого помимо внешних микрофонов используются микрофоны обратной связи внутри наушника. Если они обнаруживают следы шумов, то процессор корректирует компенсирующий сигнал.
Эффективность систем активного шумоподавления выше, чем пассивных и обеспечивает высокую комфортность прослушивания. В системах со связью вперёд плотность посадки наушников на голове не учитывается, поэтому результаты могут варьироваться. В гибридных системах учитывается максимум случайных факторов (посадка наушников, спектр шума и даже состояние амбушюров), поэтому результат их работы более стабилен.