Физика «анти-звука», который борется со звуком - как это работает, а, главное - не вредно ли для здоровья, - разбираю в новом материале.
Каждый раз, когда вы нажимаете кнопку шумоподавления, происходит кое-что странное. Наушники не только блокируют звук механически — они ещё и создают новый, чтобы погасить то, что сквозь механику всё равно просочилось. Физический звук атакует физический звук, и в точке столкновения возникает тишина. Как именно — и что при этом случается с вашим мозгом — разбираемся по порядку.
Мировой рынок наушников с активным шумоподавлением (ANC) в 2024 году составлял около 14 миллиардов долларов — и это только начало роста.
Покупают их уже не аудиофилы, а обычные люди, кто слушает музыку в метро, офисах и самолётах.
Я, например, купил такие наушники, чтобы слушать аудиокниги в спортзале, так как иначе ничего не было слышно - у нас там ставят громкую музыку.
В 1936 году немецкий физик Пауль Люэг получил патент США с идеей подавлять звук в воздуховодах: запускать в трубе волну, противоположную шуму. Патент был красивый, но реализовать его не удавалось — электроника того времени не успевала реагировать достаточно быстро.
В массы технологию вытащил американский физик Амар Боуз. В 1978 году он летел через Атлантику, надел выданные авиакомпанией наушники, понял, что сквозь гул двигателей музыка звучит как из-под подушки, — и поставил задачу своей лаборатории.
И в 1989 году первые профессиональные ANC-гарнитуры Bose добрались до кабин пилотов, став первой коммерческой системой активного шумоподавления в мире.
Сейчас хорошие наушники с сильным шумоподавлением давят шум на 25–30 дБ по независимым тестам.
Минус 30 дБ — это очень большая акустическая разница: это примерно разница между навязчивым гулом вагона метро и фоновым шумом тихого офиса. Потому что его энергия падает примерно в тысячу раз, а субъективная громкость — примерно в несколько раз.
Анти-звук: звук, который всё равно звук
Звук — это волна сжатий и разрежений воздуха. У неё есть гребни и впадины. Если запустить рядом точно такую же волну, но сдвинуть её на полшага — так, чтобы гребни одной совпали со впадинами другой, — они взаимно уничтожатся.
Это называется деструктивной интерференцией, и именно на ней работает активное шумоподавление.
Анти-звук — это единственный случай, когда две проблемы встречаются и исчезают.
Как это работает
Снаружи наушника установлен микрофон. Он улавливает шум, процессор моментально вычисляет «зеркальную» волну и подаёт её через динамик прямо в ухо. Весь цикл — от захвата звука до воспроизведения ответа — занимает меньше миллисекунды. Для высоких частот это принципиально: чем выше частота, тем критичнее любая задержка.
На низком гуле небольшое опоздание ещё терпимо — фаза успеет совпасть примерно. А на килогерцах та же задержка уже разрушит противофазу и частично усилит звук вместо того, чтобы его погасить.
ANC особенно хорошо работает на низких частотах — и значительно хуже на резких, коротких и высокочастотных звуках.
А как звучит сам «анти-звук»?
Если пустить его через обычную колонку — он будет звучать максимально похоже на исходный шум. «Анти-звук» — это просто инвертированная копия оригинала. Уничтожает он шум только при физическом столкновении в одной точке пространства.
Поставьте в комнате два динамика — один с шумом, другой с анти-шумом — и в комнате возникнут «зоны тишины» рядом с «зонами усиления», где звук станет вдвое громче. Наушники создают зону тишины прямо в крошечном объёме вашего ушного канала.
Давление, которого не существует
Многие при включении шумоподавления говорят о том, что чувствуют странное давление на уши — как в самолёте при наборе высоты.
Но по факту никакого реального перепада атмосферного давления не происходит. Ощущение «заложенности» объясняют психоакустикой: мозг связывает исчезновение низких частот с ситуациями, где уши действительно закладывает.
Мозг привык к тому, что резкое исчезновение низкочастотного фона всегда означает изменение среды: заложило уши в горах, нырнул под воду, взлетел в самолёте. Когда ANC убирает «бас», оставляя при этом часть высоких частот, мозг получает сигнал, который в природе никогда не встречается. Реакция — паника: «давление изменилось».
Вредны ли наушники с шумоподавлением для здоровья
Само активное шумоподавление для здоровья не вредно: оно не создаёт опасного давления в ухе и обычно даже помогает слушать музыку тише.
Вред может быть не от ANC, а от привычки ходить в наушниках часами без перерыва, особенно если из-за этого мозг реже тренируется разбирать речь и звуки в реальной шумной среде.
Самый безопасный вариант: включать шумоподавление в метро, самолёте и офисном шуме, но иногда снимать наушники и не выкручивать громкость выше комфортного уровня.