Активное шумоподавление. Системы снижения шумов в современных автомобилях

Будете ли в большей степени слышать грохот железнодорожного вагона или звучание любимой композиции - напрямую зависит от степени и качества шумоподавления ваших наушников. Как можно избавиться от внешних шумов и главное и стоит ли это делать?

Где и когда нужно шумоподавление

Обычно рекомендуются к использованию в долгих поездках. Типичный рекламный плакат – хорошо одетый мужчина средних лет в бизнес-классе самолета. На международных рейсах в поле зрения обязательно попадается пара человек, надевающих на голову наушники «шумодавы» сразу после взлета. Если подумать, то самолет или, скажем, поезд – далеко не единственная причина использовать наушники с шумоподавлением. В метро бывает не менее шумно, да и просто находясь на оживленной городской улице, сложно слушать музыку, игнорируя шум проезжающих мимо машин. Еще более интересная история – использование таких наушников в помещениях. Зачем? Ну, скажем, дома можно слушать музыку и не слышать при этом работающий телевизор. А в офисе, который днем жужжит, как улей, можно спокойно и сосредоточенно поработать в условиях тишины и комфорта. И пусть коллеги завидуют вашему спокойствию!

Хотите остаться в тишине и одиночестве когда вокруг шум и бардак? Обзаведитесь хорошими наушниками с шумоподавлением. Нет лучшего средства на время «выключить звук».

Обязательно ли покупать наушники с активным шумоподавлением

Шумоподавление в наушниках может быть как активным, так и пассивным. Начнем с более простого – пассивного. В случае использования наушников закрытого типа, которые входят в уши достаточно плотно, можно уже получить неплохой уровень изоляции шумов.

В случае с внутриканальными наушниками, улучшить шумоизоляцию помогут насадки из пеноматериала. Но не все, а только специальные, более плотные, с повышенной изоляцией шумов. Среди силиконовых насадок нельзя не упомянуть двух- и трех-контурные «елочки». Но не стоит забывать, что они подойдут не всем по физиологическим, а иногда и психологическим причинам. Чтобы получить эффект от елочек, нужно вставить их достаточно глубоко в слуховой проход; силиконовые лепестки при этом должны создать внутри как минимум два контура шумоизоляции.

Силиконовые насадки классической формы с заполнением внутреннего пространства пеной или гелем также могут быть весьма эффективны. Гелевые – более плотные и упругие, однако они вызывают дискомфорт при длительном ношении, если размер вам, хотя бы немного, не подходит. Вообще, в вопросе изоляции внешних шумов правильный подбор насадок внутриканальных наушников играет ключевую роль. Кроме того, что чрезмерно большие и маленькие головные телефоны не будут держаться в ушах, нужно точно подбирать их размер и форму. Если производитель наушников сэкономил и не положил в комплект достаточный выбор насадок, найдите альтернативные варианты и уделите время выбору подходящих. Про особенность выбор амбюшур для наушников у нас был отдельный материал –

Наградой будет не только тишина и комфорт при длительном ношении, но еще и более чистый звук с улучшением глубины и насыщенности басового диапазона. А самое главное – чем эффективнее насадки, тем меньше поводов увеличивать громкость плеера, музыка и так будет хорошо слышна.

Таким образом, внутриканальные наушники закрытого типа и правильно подобранные насадки – это уже отличный способ избавиться от внешних звуков и защитить слух от перегрузки громкой музыкой.

А что насчет обычных накладных наушников

С накладными или охватывающими уши амбушюрами тоже могут похвастаться высокой степенью пассивной изоляции внешнего шума. Разобраться, какие из них могут сделать это лучше других, довольно просто. Во-первых, они должны быть закрытого типа, мягкими, пышными или с высокотехнологичным пенным наполнителем, реагирующим на тепло. И во всех случаях предпочтительный материал отделки амбушюр – максимально мягкая кожа, а предпочтительная форма – овальная. Такие наушники даже без активного шумоподавления весьма эффективно устраняют внешние шумы.

Как работают внутриканальные наушники с активным шумоподавлением

Наушники с шумоподавлением – это не обязательно большие «лопухи», . Принцип работы активного шумоподавления прост. На наушнике располагается микрофон, который регистрирует шумы, попадающие извне, и добавляет их в воспроизводимый аудиосигнал в противофазе. Наложение внешнего шума на его перевернутую версию дают в сумме тишину. А музыка при этом остается нетронутой. Ну, или почти нетронутой.

Внутриканальные наушники с шумоподавлением – довольно редкая вещь, но все же они существуют. Возможной причиной их непопулярности является блок с батареей и процессором, обрабатывающим звук. Он довольно крупный, тяжелый, выглядит и весит как . Однако такие наушники могут быть весьма эффективны, особенно при правильно выбранных насадках. А основное их преимущество – в них можно спать, например, в самолете или междугороднем автобусе: нет ни оголовья, ни больших чашек, мешающих удобно прилечь.

Особенности накладных наушников с активным шумоподавлением

Элита и тяжелая артиллерия в вопросах подавления шумов – . В отличие от внутриканальных, микрофон у них может быть установлен не только снаружи, но и внутри чашек. Наружный микрофон более эффективен на высоких и средних частотах, а микрофон внутри имеет больше возможностей в плане подавления низкочастотных шумов, но теряет эффективность с повышением частоты. Иными словами, наушники для самолета и метро должны иметь микрофон внутри чашек. А чтобы защититься от назойливого телевизора или болтливых коллег по офису – лучше выбрать накладные наушники с микрофоном, установленным снаружи или внутриканальные «шумодавы».

Самые совершенные и, соответственно, самые дорогие наушники имеют микрофоны снаружи и внутри. Иногда таких микрофонов бывает даже несколько, и если производитель нигде не сплоховал, эффект получается потрясающий. Почти как в безэховой камере. Определитесь, от каких шумов вы собираетесь избавиться в первую очередь. Это поможет решить проблему без покупки сверхдорогих многомикрофонных моделей.

Технические подробности таких устройств

Наушники с активным шумоподавлением, с технической точки зрения, штука несложная, но свои особенности есть. Некоторые производители, например, встраивают функцию, позволяющую слышать окружающие звуки, не снимая наушников. Внешние микрофоны начинают работать в обратном режиме, то есть передавать в наушники все внешние звуки, и вы сможете, допустим, поговорить с человеком не снимая наушников, или включить звук, чтобы услышать объявление, звучащее в самолете.

Производители наушников класса Hi-Fi превращают наушники с шумоподавлением в активную модель. Встроенный усилитель с питанием у них уже есть, осталось сделать его качественным, а систему подавления шумов – отключаемой. В результате мы получим еще и функцию активных наушников, которые будут одинаково легко согласовываться с любым смартфоном или плеером, поскольку не зависят от мощности встроенного в них усилителя. Читайте спецификации внимательно. Некоторые наушники с шумоподавлением получили функцию активного режима не в дополнение, а вместо обычного пассивного.

В чем минусы наушников с шумоподавлением

Во-первых, только самые высокотехнологичные и дорогие наушники способны создать нечто похожее на полную тишину . Большинство систем шумоподавления эффективно лишь в части слышимого диапазона частот. Например, в самолете вы не услышите гул, но вполне сможете разобрать речь собеседника, не снимая наушников, или, наоборот, голос будет едва различим, но верхне- и низкочастотные шумы потревожат ваш слух.

Во-вторых, довольно часто сами наушники шумят . Да-да, именно так: шумодавы шумят. Схема шумоподавления по сути является усилителем, который может генерировать высокочастотный шум от едва различимого в дорогих моделях, до хорошо слышимого шипения в моделях попроще.

В-третьих, – изменение характера звучания . Большинство наушников с шумоподавлением имеют кнопку выключения и способны работать в пассивном режиме. Так вот, наушники со включенным и выключенным шумоподавлением – это две совершенно разные по характеру звучания модели.

В-четвертых, это питание . Все наушники с активным шумоподавлением работают либо на аккумуляторах, либо на батарейках. Даже если вы пользуетесь мобильным аккумулятором, способным подзарядить любой гаджет на высоте 10000 метров над землей, рекомендуются модели со сменными батарейками (обычно речь идет о стандартных «пальчиковых» типа АА или ААА). Зарядка встроенного аккумулятора требует времени, а батарейки можно просто заменить и продолжить пользоваться наушниками.

За исключением дорогих моделей, наушники с шумоподавлением – это компромисс между акустическим комфортом и качеством звучания в пользу первого.

Вопрос полезности наушников с подавлением шумов, на наш взгляд, имеет однозначный ответ. Если вы хотя бы иногда летаете самолетом или находитесь в шумном помещении – это однозначно нужная вещь. В условиях оживленной городской жизни тишина – крайне ценная субстанция. Психологи и врачи говорят, что она полезна и даже необходима для здоровья.

Данный пример демонстрирует применение адаптивных фильтров для ослабления акустического шума в системах активного шумоподавления.

Активное шумоподавление.

Системы активного шумоподавления (active noise control) применяются для ослабления распространяющегося по воздуху нежелательного шума с помощью электроакустических приборов: измерительных устройств (микрофонов) и возбудителей сигнала (динамиков). Шумовой сигнал обычно исходит от некоторого устройства, например вращающегося механизма, и имеется возможность измерить шум рядом с его источником. Целью системы активного шумоподавления является создание «анти-шумового» сигнала с помощью адаптивного фильтра, который ослабит шум в определенной тихой области. Эта проблема отличается от обычного адаптивного шумоподавления тем, что: - ответный сигнал не может быть тут же измерен, а доступна только его ослабленная версия; - при адаптации система активного шумоподавления должна учитывать вторичную ошибку распространения сигнала от динамиков до микрофона.

Более детально задачи активного шумоподавления рассмотрены в книге S.M. Kuo и D.R. Morgan, "Active Noise Control Systems: Algorithms and DSP Implementations", Wiley- Interscience, New York, 1996.

Путь вторичного распространения.

Путь вторичного распространения – это путь, который проходит «анти-шумовой» сигнал с выхода динамиков до измеряющего ошибку микрофона, находящегося в тихой зоне. Следующие команды описывают импульсную характеристику пути динамик-микрофон с ограниченной полосой 160-2000 Гц и длиной фильтра равной 0.1 с. Для этой задачи активного шумоподавления мы будем использовать частоту дискретизации равную 8000 Гц.

Fs = 8e3; % 8 КГц N = 800; % 800 отсчетов на 8 КГц = 0.1 секунды Flow = 160; % нижняя частота среза: 160 Гц Fhigh = 2000; % верхняя частота среза: 2000 Гц delayS = 7; Ast = 20; % подавление 20 дБ Nfilt = 8; % порядок фильтра % Создание полосового фильтра для имитации канала с ограниченной полосой % пропускания Fd = fdesign.bandpass("N,Fst1,Fst2,Ast" ,Nfilt,Flow,Fhigh,Ast,Fs); Hd = design(Fd,"cheby2" ,"FilterStructure" ,"df2tsos" ,... "SystemObject" ,true); % Фильтрация шума для получения импульсной характеристики канала H = step(Hd,); H = H/norm(H); t = (1:N)/Fs; plot(t,H,"b" ); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Импульсная характеристика вторичного пути распространения сигнала" );

Определение вторичного пути распространения.

Первой задачей системы активного шумоподавления является определение импульсной характеристики пути вторичного распространения. Этот шаг обычно выполняется перед шумоподавлением с помощью синтезированного случайного сигнала, проигрываемого динамиками, при отсутствии шума. Нижеприведенные команды генерируют случайный сигнал длительностью 3.75 с, а также измеренный микрофоном сигнал с ошибкой.

NtrS = 30000; s = randn(ntrS,1); % синтез случайного сигнал Hfir = dsp.FIRFilter("Numerator" ,H."); dS = step(Hfir,s) + ... % случайный сигнал прошедший через вторичный канал 0.01*randn(ntrS,1); % шум микрофона

Создание фильтра для оценки вторичного пути распространения.

В большинстве случаев для адекватного управления алгоритмом длительность отклика фильтра, оценивающего вторичный путь распространения, должна быть короче самого вторичного пути. Мы будем использовать фильтр 250 порядка, что соответствует импульсной характеристике длиной 31 мс. Для этой цели подходит любой алгоритм адаптивной КИХ- фильтрации, но обычно используют нормализованный алгоритм нахождения минимальной среднеквадратической ошибки (normalized LMS-алгоритм) ввиду его простоты и устойчивости.

M = 250; muS = 0.1; hNLMS = dsp.LMSFilter("Method" ,"Normalized LMS" ,"StepSize" , muS,... "Length" , M); = step(hNLMS,s,dS); n = 1:ntrS; plot(n,dS,n,yS,n,eS); xlabel("Число итераций" ); ylabel("Уровень сигнала" ); title("Идентификация вторичного пути распространения с NLMS-алгоритма" ); legend("Ожидаемый сигнал" ,"Сигнал на выходе" ,"Сигнал ошибки" );

Точность полученной оценки.

Как точно оценивается импульсная характеристика вторичного пути? Этот график показывает коэффициенты настоящего пути и пути, рассчитанного алгоритмом. Только конец полученной импульсной характеристики имеет неточности. Эта остаточная ошибка не навредит производительности системы активного шумоподавления во время ее работы над выбранной задачей.

Plot(t,H,t(1:M),Hhat,t,); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Определение импульсной характеристики вторичного пути распространения" ); legend("Действительная" ,"Оцененная" ,"Ошибка" );

Основной путь распространения сигнала.

Путь распространения шума, который должен быть подавлен, может быть также описан с помощью линейного фильтра. Следующие команды генерируют импульсную характеристику пути источник шума-микрофон с ограниченной полосой 200-800 Гц и имеет длительность отклика равную 0.1 с.

DelayW = 15; Flow = 200; % нижняя частота среза: 200 Hz Fhigh = 800; % верхняя частота среза: 800 Hz Ast = 20; % подавление 20 дБ Nfilt = 10; % порядок фильтра % Создание полосового фильтра для имитации импульсного отклика с % ограниченной полосой Fd2 = fdesign.bandpass("N,Fst1,Fst2,Ast" ,Nfilt,Flow,Fhigh,Ast,Fs); Hd2 = design(Fd2,"cheby2" ,"FilterStructure" ,"df2tsos" ,... "SystemObject" ,true); % Фильтрация шума для получения импульсной характеристики G = step(Hd2,); G = G/norm(G); plot(t,G,"b" ); xlabel("Время, с" ); ylabel("Значения коэффициентов" ); title("Импульсная характеристика первичного пути распространения" );

Подавляемый шум.

Типичная область применения активного шумоподавления – приглушение звука от вращающихся механизмов из-за его раздражающих свойств. Здесь мы искусственно сгенерируем шум, который может поступать от обычного электрического мотора.

Инициализация системы.

Самым распространенным алгоритмом для систем активного шумоподавления является LMS- алгоритм с дополнительной фильтрацией выходного сигнала фильтра перед формированием сигнала ошибки (Filtered-x LMS algorithm). Этот алгоритм использует оценку вторичного пути распространения для расчета выходного сигнала, который разрушительно влияет на нежелательный шум в области датчика измерения ошибки. Опорным сигналом является зашумленная версия нежелательного звука, измеренная вблизи его источника. Мы будем использовать управляемый фильтр с длительностью отклика около 44 мс и шагом подстройки равным 0.0001.

% КИХ фильтр используемый для моделирования первичного пути распространения Hfir = dsp.FIRFilter("Numerator" ,G."); % Адаптивный фильтр реализующий алгоритм Filtered-X LMS L = 350; muW = 0.0001; Hfx = dsp.FilteredXLMSFilter("Length" ,L,"StepSize" ,muW,... "SecondaryPathCoefficients" ,Hhat); % Синтез шума с помощью синусоид A = [.01 .01 .02 .2 .3 .4 .3 .2 .1 .07 .02 .01]; La = length(A); F0 = 60; k = 1:La; F = F0*k; phase = rand(1,La); % случайная начальная фаза Hsin = dsp.SineWave("Amplitude" ,A,"Frequency" ,F,"PhaseOffset" ,phase,... "SamplesPerFrame" ,512,"SampleRate" ,Fs); % Проигрыватель аудио для воспроизведения результатов работы алгоритма Hpa = dsp.AudioPlayer("SampleRate" ,Fs,"QueueDuration" ,2); % Анализотор спектра Hsa = dsp.SpectrumAnalyzer("SampleRate" ,Fs,"OverlapPercent" ,80,... "SpectralAverages" ,20,"PlotAsTwoSidedSpectrum" ,false,... "ShowLegend" ,true);

Симуляция разработанной системы активного шумоподавления.

Здесь мы сымитируем работу системы активного шумоподавления. Чтобы подчеркнуть разницу первые 200 итераций шумоподавление будет отключено. Звук на микрофоне до подавления представляет характерный «вой» промышленных моторов.

Результирующий алгоритм сходится примерно через 5 с (имитационных) после включения адаптивного фильтра. Сравнивая спектры сигнала остаточной ошибки и исходного зашумленного сигнала, можно наблюдать, что большая часть периодичных компонент была успешно подавлена. Однако эффективность стационарного шумоподавления может быть неравномерна по всем частотам. Такое часто бывает в реальных системах, применяемых для задач активной борьбы с шумом. При прослушивании сигнала ошибки раздражающий «вой» значительно снижается.

for m = 1:400 s = step(Hsin); % генерация синусоид со случайной фазой x = sum(s,2); % генерация шума сложением всех синусоид d = step(Hfir,x) + ... % распространение шума через первичный канал 0.1*randn(size(x)); % добавление шума, сопроводающего процесс измерения if m <= 200 % отключение шумоподавления на первые 200 итераций e = d; else % включение алгоритма шумоподавления xhat = x + 0.1*randn(size(x)); = step(Hfx,xhat,d); end step(Hpa,e); % воспроизведение сигнала на выходе step(Hsa,); % спектр исходного (канал 1) и ослабленного (канал 2) сигналов end release(Hpa); % отключение динамиков release(Hsa); % отключение спектроанализатора Warning: The queue has underrun by 3456 samples. Try increasing queue duration, buffer size, or throughput rate.

На сегодняшний день рынок предлагает разнообразные модели наушников, среди которых можно подобрать и дешевые китайские модели, и дорогостоящие изделия. При этом их стоимость во многом зависит от технической составляющей. В большинстве наушников закрытого типа применяется технология активного шумоподавления . Ходят слухи, что она является причиной головных болей при длительном прослушивании музыки.

Немного истории

Стоит рассмотреть историю и принцип работы системы активного шумоподавления. Музыка позволяет человеку расслабляться, справляться с сильными эмоциями, она сопутствует человеку во всей его жизни. Изготовители стали задумываться о портативной музыке в середине прошлого века, так в 79 году Sony создала кассетный плеер. Уже через несколько лет это устройство было признано величайшим изобретением компании. В 84 году был создан первый CD-плеер, и уже в 98 году пользователям стали доступны MP3-плееры, которые используются и на сегодняшний день. Развитие данной отрасли невозможно охарактеризовать без упоминания наушников, ведь именно они обеспечивали хороший и качественный звук.

Система активного шумоподавления начала свою историю в сороковых годах прошлого века . Именно тогда изобретатель Пол Люг запатентовал исследование, в котором описывался принцип действия синусоидальных сигналов. В 50 году Лоуренс Фогель использовал систему подавления шума в вертолете, самолете. В наушниках данная система стала использоваться с 57 года, тогда Уиллард Микер смог отсечь шум от 50 до 500 Гц. Уже в 80 годах стали выпускаться наушники для авиации, в них использовалась данная технология.

Как работает система шумоподавления?

Если рассматривать принцип работы САШ, то специалисты описывают его довольно просто. Каждый отдельный звук представляет собой волну, из чего можно сделать вывод, что его можно отразить. И эта инвертированная волна будет полностью гасить исходную. Если взять в пример наушники, в которых используется система, то внутри будут располагаться микрофоны. Они предназначаются для того, чтобы измерять уровень возникающего шума. Поэтому получаемый звуковой сигнал преобразуется в инвертированную волну, после чего он передается на основной динамик. Здесь функционирует противофаза к шуму, при этом музыка не повреждается, как полезный сигнал, за счет этого шум убирается.

Эффективность работы системы активного шумоподавления

Прежде всего, следует сказать, что качественно работает такая система не во всем диапазоне частот, а в промежутке приблизительно от 100 до 1 КГц. На этом участке хорошие модели наушников способны обеспечить снижение шума до уровня -30 дБ. В самом нижнем звуковом диапазоне, до 100 Гц, человек воспринимает звуковые колебания не столько органами слуха, сколько телом, и наушники, какой бы уровень компенсации они бы не давали, от шума не спасут.

В диапазоне свыше 1 КГц система даже может немного добавлять шума. Однако это не уличный гул, а равномерное, спокойное «шипение», к тому же - очень тихое -
расслышать его можно лишь в очень спокойной обстановке.


В диапазоне 100-1000 Гц при условии качественной реализации «шумодав» вполне способен значительно снизить звуковое давление окружающей среды. В хороших шумоподавляющих наушниках вполне реально почувствовать себя в тихом безлюдном помещении, находясь на шумной улице.

В отдельных моделях «шумодав» работает воистину поразительно. Это, например, свежая линейка Bose и старшие модели Sony, в особенности MDR-1000x: надеваешь наушники и первое время отказываешься верить своим ушам.

Очень хорошо справляются с отсечением шумов такие модели как Sennheiser Momentum 2.0 Wireless, Parrot Zik, всевозможные Beats. В то же время во многих бюджетных «ноунейм»-вариантах «шумодав» может присутствовать лишь номинально, а эффект от его работы стремиться к нулю.

Почему болит голова?

Многие считают, что использование такой системы делает музыку более качественной, а прослушивание более комфортным. Но это не совсем так. Люди активно стали использовать подобные устройства, поскольку наушников с системой активного шумпоподавления становятся все популярнее. При этом рынок предлагает изделия из разных ценовых категорий, среди них есть и привычные затычки, и полноразмерные модели. Нужно понимать, что технологии не стоят на месте, система совершенствуется, качество звучания музыки постоянно улучшается. Также изготовители стараются продвигать устройства с данной технологией, предпринимая различные маркетинговые решения. Но часть покупателей вынуждена отказать от подобного приобретения, не смотря на качество звучания. Это происходит из-за того, что они не переносят систему активного шумоподавления. У некоторых людей организм реагирует на отсутствие посторонних звуков и кристально чистое звучание музыки головной болью. Наушники кажутся совершенными, но такой эффект может возникать по нескольким причинам.

1. Эффект качки на корабле . Если вам знакома морская болезнь, если тяжело переносите нахождение на кораблях, то вы можете оказаться в той категории людей, которая не переносит САШ (систему активного шумоподавления). Пусть вы представляете собой только 7 процентов от всех пользователей, но есть вероятность, что вы находитесь в числе этих людей. Смысл заключается в том, что при использовании таких наушников вы обманываете свой мозг, как и в ситуации, когда находитесь на корабле. Вы идете по улице и видите прохожих, шумное автомобильное движение, резкий ветер. Органы зрения передают информацию мозгу о том, что вы находитесь на улице, но органы слуха не передают шум из-за использования системы. Именно поэтому мозг находится в замешательстве, из-за чего и появляется недомогание, головные боли.
2. Монотонный раздражитель . Поняв принцип работы системы, стоит сделать акцент на том, что на каждое действие есть противодействие. В результате работы системы у изготовителей получается устранить шум и позволит слушателю полностью погрузиться в музыку. Но нужно учитывать такую особенность, что в данном случае на органы звука будут воздействовать монотонные звуковые волны. А человеческий мозг настроен исключительно на то, чтобы принимать разнообразные звуки. Стоит сказать и об особенностях нервной системы, которая может негативно отреагировать на такое чистое звучание. Из-за особенностей организма при использовании системы могут возникать тошнота, головные боли. При этом невозможно предугадать, кто предрасположен к таким последствиям, а кто — нет.
3. Тишина не является залогом спокойствия . Известные изготовители тестируют создаваемые устройства в специальных организациях. Исследования проводятся в специальных помещения, так называемых абсолютно тихих комнатах. В комнатах блокируются практически все посторонние звуки. Этим создаются идеальные условия для проверки оборудования. Но специалисты придерживаются мнения, что абсолютная тишина не способствует спокойному состоянию организма.

   Если человек окажется в подобной комнате, то его станет преследовать чувство беспокойства. Уже через несколько минут он начнет слышать писк комара, урчание собственного живота. Достаточно всего пять минут нахождения в подобных условиях, чтобы организм перешел в состояние тревоги, беспокойства. Исследования показали, что человек не может проводить в таком помещении больше, чем 45 минут. Пусть при использовании систем не создается абсолютная тишина, поскольку играет музыка, но принцип работы системы затрагивает понятие абсолютной тишины. Ведь при использовании подобных наушников человек слышит исключительно музыку. Именно поэтому люди при использовании устройств могут почувствовать головную боль, тошноту.

4. Негативное влияние басов . При создании музыки все частоты разделяются на высокие, средние, низкие. Используемая в наушниках система предназначается для того, чтобы исключать все низкие частоты, они и представляют собой шум улицы. В системе существует риск «подавить» полезный звуковой сигнал, то есть музыку. Звуковая волна, которая создается в противофазе, насыщена низкими частотами. Как известно, они могут воздействовать на жидкость, вызывая вибрации, соответственно, могут воздействовать и на вестибулярный аппарат, который заполняется специальной жидкостью — эндолимфой. По этой причине из-за мощного баса на определённой частоте могут возникать головные боли.
5. Недостатки в конструкции также могут стать причиной возникновения головных болей . Если дуга наушников является слишком тугой, то она может стать причиной появления раздражения, головных болей. В этом заключается общая проблема накладных наушников, которая не относится именно к системе активного шумоподавления. Изделия должны удерживаться на голове, потому они не должны быть слишком слабыми, так они не будут держаться. Но они не должны быть и слишком тугими, ведь постоянное напряжение может стать причиной повышения давления. Уже через несколько часов прослушивания музыки в таких наушниках начнет болеть голова, а также может появиться ощущение тошноты.

Что следует учесть при покупке наушников с активным шумоподавлением

Такие наушники обладают рядом преимуществ, которые делают их уникальными и современными. Это и комфорт при прослушивании треков, и высокий уровень детализации звука. При этом отмечается безопасный уровень громкости, которые не сказывается негативно на здоровье органов слуха. Но все эти моменты не являются гарантией того, что организм положительно отреагирует на САШ. Если не желаете жаловаться на головную боль, стоит предварительно испробовать наушники друзей или знакомых. Это позволит исключить негативное воздействие системы на ваш организм, на общее состояние, для этого потребуется слушать музыку в наушниках примерно 2,5 часа.

Что в итоге?

Наушники с активным шумоподавлением - удобный инструмент для комфортного прослушивания музыки в условиях современного города . Они хорошо подойдут тем, кто привык не расставаться с любимым радио или плей-листом, но при этом испытывает дискомфорт от «капелек» в ушах. Они также понравятся тем, кто работает в шумных условиях, много ходит по улице или ездит в метро. При этом не обязательно постоянно слушать музыку - можно просто включить систему шумоподавления и оказаться в тишине, находясь при этом посреди шумного мегаполиса.

В целом сегменту беспроводных наушников предсказывают активное развитие, а отказ крупных производителей смартфонов от 3,5-миллиметрового аудиоразъема должен заметно тому поспособствовать. «Шумодав» в таких условиях может стать стандартной опцией для качественных беспроводных наушников. При том что реализация подобной системы в устройстве, где априори есть электронная начинка и элементы питания, выглядит не слишком затратной

Сегодняшний рынок представлен тысячами моделей наушников: от дешевых китайских NoName-затычек до эксклюзивных Final Audio Design , стоимостью более $8 000 . Ценами движут запросы покупателей и технологии. О технологии активного шумоподавления, устанавливаемой в большинство наушников закрытого типа, мы сегодня и поговорим, а главное – выясним причины головной боли при длительном прослушивании таких «ушек».

Система активного шумоподавления. История и принцип работы

Музыка уже давно стала самым надежным компаньоном человека. Под любое настроение, состояние, эмоции и переживания всегда находится мелодия, которая может согреть и душу, и сердце, и мысли. О портативной музыке производители задумались еще в середине прошлого века. В 1979 году компания Sony представила первый кассетный портативный плеер Walkman TPS-L2 . Спустя несколько десятилетий эта разработка была признана одним из величайших изобретений компании. В 1984 японский производитель, шагая в ногу со временем, выпускает первый CD-плеер Sony Discman D50 . Летом 1998 на рынок врывается первый MP3-плеер – MPMan F10 , емкостью 32 МБ. И все это время эволюцию плееров сопровождало развитие гарантов качественного и хорошего звука – наушников.

История развития системы активного шумоподавления (дальше – САШ ) начинается в далеком 1934 году , когда изобретатель Пол Люг получает патент, описывающий принцип гашения синусоидальных сигналов, излучаемых громкоговорителем. В 1950 Лоуренс Фогель впервые применяет систему подавления шума в кабинах вертолетов и салонах самолетов.

До наушников САШ добралась еще в 1957 году, когда Уиллард Микер на представленной рабочей модели накладных наушников сумел отсечь шум на звуковом диапазоне от 50 до 500 Гц. Первая же серийная модель наушников с системой активного шумоподавления была представлена компанией Bose в конце 80-х и использовалась в авиации.

Bose Quiet Comfort: начало

Принцип работы САШ, с точки зрения физики, весьма прост. Любой звук представлен волной, а значит можно создать его зеркальное отражение – инвертированную волну, которая полностью сгасит исходную.

Внутри наушников, оснащенных системой активного шумоподавления, расположены микрофоны. Их задача – измерение уровня окружающего шума. Получаемый извне звуковой сигнал преобразуется в инвертированную волну и передается на основной динамик. Новая волна действуют в противофазе (за вычетом полезного сигнала – музыки) к шуму и, таким образом, сводит его звучание к нулю.

Головная боль

Казалось бы, использование технологии активного подавления шумов должна существенно улучшить жизнь заядлых меломанов, не представляющих пути на работу, прогулки или активного отдыха без обвивающих голову накладных наушников, музыкального драйва и ритма. Количество моделей, оснащенных САШ, действительно . На рынке представлены наушники самых разных ценовых категорий и форм-факторов: от недорогих компактных затычек до увесистых студийных мониторов. Система шумоподавления совершенствуется с каждым днем, качество воспроизведения музыки растет, производители находят новые и новые маркетинговые решения для популяризации наушников с системой Noise Cancelling . Но есть категория людей, которая при всем своем положительном отношении к портативному звуку, вынуждена отказаться от всех технологических преимуществ «совершенных наушников» по одной простой причине – непереносимости системы активного подавления шума .

Реалии сегодняшнего рынка значительно отличаются от того, который был всего 10-15 лет назад. Перед тем, как отправляться в магазин, покупатель тщательно изучает отзывы, пересматривает и перечитывает десяток-другой обзоров, и только потом решается на покупку.

В числе отзывов, посвяшенных категории наушников с активной системой шумоподавления таких именитых брендов, как , Sony, вы найдете множество положительных моментов. Да, производители действительно сделали многое, чтобы наушники не только хорошо звучали, но и удобно сидели и отличались интересным дизайном. Вчитывайтесь в строки повнимательнее и вы увидите, что небольшой процент счастливых обладателей жалуются на постоянные головные боли и тошноту при ношении наушников с САШ. Что это – заказные отзывы конкурирующих сторон или реальность, с которой сталкивается далеко не каждый? Так почему же при использовании, казалось бы, совершенных наушников, позволяющих наслаждаться кристально чистым звуком без посторонних шумов, начинает болеть голова?

Причина первая: а когда на море качка.

Если хотя бы раз в жизни вам приходилось испытывать на себе всю горечь плачевного состояния, которое сопровождается морской болезнью – поспешу вас расстроить. Вы можете входить в категорию несчастливых 5-7% людей, для которых наушники с системой активного подавления шумов останутся бесполезным технологическим прорывом.

Морская болезнь и головные боли, вызванные наушниками с САШ, имеют много общего. В момент, когда человек спокойно отдыхает в каюте корабля, мозг понимает, что организм находится в состоянии покоя. Вместе с этим, корабль постоянно качается на волнах и это движение улавливает наш внутренний акселерометр – вестибулярный аппарат . Движущаяся в ушном канале эндолимфа раздражает нервные окончания, которые посылают импульс в мозг, давая понять, что организм находится в состоянии движения. Но ведь вы раскинулись в кресле уютной каюты!

Надев наушники с системой активного подавления шумов и отправившись на улицу, вы, сами того не понимая, обманываете мозг. Идущие на встречу прохожие, шумная трасса, гул колес, резкий ветер – органы зрения четко рисуют картинку того, что вы на улице. Но органы слуха свидетельствуют о полной тишине. Такое расхождение приводит мозг в замешательство. Увы, головная боль обеспечена.

Причина вторая: монотонный раздражитель.

Разобравшись с тем, как действует система активного подавления шумов, дедушка Ньютон сказал бы следующее: «На силу действует противосила». Такая звуковая битва и процесс интерференции в результате приводит к требуемому результату – мы устраняем ненужный окружающий шум и можем полностью погрузиться в музыку.

Вот только есть одно «но». В результате такого постоянного шумового глушения на барабанные перепонки действуют монотонные звуковые волны. Это вовсе не означает, что мы должны слышать гул или какие-либо посторонние шумы. Мозг воспринимает исключительно разнообразие звуковых тоник конкретной аудиозаписи или трека, а вот нервная система… Действие таких вибраций – это принцип, работающий в основе системы активного шумоподавления и предугадать какой организм она приведет к тошноте и головным болям, увы, невозможно.

Причина третья: тишина – не всегда спокойствие.

В научно-исследовательских институтах и лабораториях, занимающихся изучением звука и звуковых волн, существуют так называемые «абсолютно тихие комнаты» . Они сконструированы таким образом, что позволяют блокировать до 99,9% всех шумов. Именно в таких помещениях тестируют высококачественное и дорогостоящее звуковое оборудование всемирно известные бренды.

Представьте, что вы очутились в такой комнате. Спустя несколько секунд вы начнете слышать писк комара. Через несколько минут – урчание живота и стук сердца. Пять минут пребывания в абсолютной тишине начнут нагонять на организм состояние тревоги и волнения. Больше 45 минут в таком помещении не выдерживал ни один человек.

Несмотря на то, что во время прослушивания музыки в наушниках с системой активного шумоподавления об абсолютной тишине не может идти и речи, сам принцип работы САШ пересекается с той самой «абсолютно тихой комнатой». Люди, организм которых не приспособлен к наушникам такого типа, почувствуют головную боль и тошноту через 1,5 – 2 часа эксплуатации.

Причина четвертая: враг мой бас

В зависимости от высоты, все звуковые частоты при эквалайзинге принято разделять на: высокие, средние и низкие. Система активного подавления шума лучше всего справляется именно с отсечением низких частот, которыми преимущественно и насыщен окружающий нас шум улицы. Хуже всего дела обстоят с высокими, поскольку существует риск задавки полезного звукового сигнала, представленного музыкой.

Зеркальная звуковая волна, воспроизводимая в противофазе с целью подавления окружающего шума, больше всего насыщена именно низкими частотами . Низкие частоты вызывают максимальные вибрации при воздействии на жидкость, а если учитывать тот факт, что вестибулярный аппарат человека заполнен эндолимфой , то постоянные вибрации от гулкого баса и вызывают головную боль.

Причина пятая: конструкционный недостаток

Еще одной причиной, по которой владельца наушников с системой активного шумоподавления могут постоянно сопровождать головные боли является слишком тугое оголовье. Впрочем, это общая проблема накладных наушников и винить саму САШ в этом вряд ли стоит.

Конструкционная особенность любых накладных наушников заключается в упругом оголовье, которое должно удерживать их на голове. Постоянное напряжение на височную зону приводит к повышению давления. Спустя несколько часов эксплуатации таких «тугих» наушников возникает головная боль и тошнота.

Как избежать бесполезного приобретения

Безусловно, наушники, оснащенные системой активного шумоподавления, имеют ряд преимуществ: комфорт при прослушиваниия музыки, высокий уровень детализации звука и безопасный уровень громкости. Увы, предугадать как именно отреагирует ваш организм на САШ невозможно. Перед тем, как отдать свои кровные, а затем, в прямом смысле слова, не жаловаться на головную боль, попробуйте взять наушники, оснащенные САШ, у друзей или знакомых. Помните, чтобы понять действительно ли САШ негативно влияет на ваше состояние, необходимо послушать наушники более, чем 2-2,5 часа.

Купив понравившуюся модель наушников, что называется «не глядя», согласно статье 502 ГК РФ и статье 25 Закона РФ от 7 февраля 1992 г. № 2300-1 «О защите прав потребителей», у вас есть 14 дней на возврат товара, не подошедшего «по фасону, цвету или габаритам», при соблюдении всех условий хранения. Во избежание разногласий и отказов по возврату, перед покупкой перечитайте вышеуказанные статьи и посоветуйтесь с консультантом конкретного магазина.

4.75 из 5, оценили: 8 )

сайт Сегодняшний рынок представлен тысячами моделей наушников: от дешевых китайских NoName-затычек до эксклюзивных Final Audio Design, стоимостью более $8 000. Ценами движут запросы покупателей и технологии. О технологии активного шумоподавления, устанавливаемой в большинство наушников закрытого типа, мы сегодня и поговорим, а главное – выясним причины головной боли при длительном прослушивании таких «ушек». Система активного шумоподавления. История...

Звуковая волна представляет собой волну сжатия и разрежения воздуха. Если с помощью динамиков создать волны той же частоты и амплитуды, но противоположной фазы, то они ослабят друг друга. В этом и заключается принцип работы ANC (Active Noise Control), показанный на рисунке 1. Активное шумоподавление - технология, позволяющая значительно снизить уровень шума, особенно если источник звука хорошо локализован. Еще лучшие результаты ANC показывает, если спектр шума имеет периодические составляющие.

В инновационной компании Promwad ведется разработка встраиваемых масштабируемых систем активного шумоподавления для различных сфер применения.

Сферы применения ANC-систем

• Вентиляция
• Тихие серверные шкафы
• Окна и откосы
• Легковые и грузовые авто

Рисунок 1 - Принцип работы ANC

Вентиляционные устройства, вытяжки, компрессоры

Одной из очевидных областей применения системы активного шумоподавления является вентиляция - вентиляционные устройства, вытяжки, компрессоры. Системы вентиляции с механическим побуждением являются шумными, что может негативно сказываться на людях, которые долго находятся в таких помещениях. Примером такого помещения могут служить «чистые» комнаты, где людям приходится работать много часов подряд. Принцип активного шумоподавления был предложен уже давно, в 1936 году П. Леугом, однако тогда не было технической возможности применить ANC-систему в современном понимании, и до недавнего времени проблема шума от вентиляции решалась лишь при помощи установки звукопоглощающих конструкций, звуковых экранов и различных резонаторов. Сейчас мы разрабатываем масштабируемую ANC-систему для вентиляции.

В этом фрагменте аудиозаписи показан результат моделирования ANC-системы. Сначала она выключена, отчетливо слышен шум вентилятора. Потом система включается, и шум ослабевает - из спектра пропадают периодические составляющие. В представленном примере не моделировалась пассивная звукоизоляция, которая способна еще больше улучшить результат.

Тихие монтажные шкафы для серверов

Тихие монтажные шкафы для серверов - еще один востребованный продукт, где с успехом может применяться ANC-система в совокупности с пассивными средствами звукоизоляции. Такой симбиоз двух принципов наиболее эффективен, потому что шум глушится во всем диапазоне частот: ANC наиболее эффективна в области низких частот, а пассивная звукоизоляция - в области средних и высоких частот. Вообще говоря, пассивная звукоизоляция может быть эффективной и в области низких частот, но толщина звукоизолирующего материала должна составлять не менее половины длины волны. Например, для гула с частотой 50 Гц для эффективной шумоизоляции нужен слой материала толщиной около 3 метров, что для серверного шкафа - нереализуемое требование. А ANC-система гораздо компактнее, и к тому же не препятствует потоку воздуха для вентиляции содержимого шкафа.

Стеклопакеты и откосы

Перспективная область применения ANC - стеклопакеты и откосы . Если дом находится вблизи магистрали, то постоянный шум может вредно сказаться на здоровье жителей. Поэтому в наших ближайших планах - адаптация ANC для встраивания в стеклопакеты и откосы окон. Популярность таких окон сложно переоценить - стоит представить себе летнюю ночь, когда из-за гула на улице окно не откроешь, а спать под включенным кондиционером не хочется.

Шумоподавление в автомобилях

Разработка ANC для применения в автомобилях, легковых и грузовых - одна из наших ближайших целей. Шум в автомобиле в основном исходит от шума покрышек по поверхности дороги и передается через подвеску и кузов. Сложность в системах подавления заключается в необходимости расположить динамики так, чтобы звуковая волна от них интерферировала с окружающим шумом именно в местах нахождения людей. Мы планируем разработать систему как для внедрения у крупных автопроизводителей, так и для кастомайзеров.

Технические характеристики:

• Количество компенсирующих динамиков: 1-8
• Количество микрофонов / неакустических датчиков: 2-16
• Диапазон рабочих частот: 20 Гц - 1000 Гц
• Уровень ослабления периодических составляющих: 25 дБ

Хотите внедрить технологии шумоподавления в своем проекте?
с нами, мы ответим на ваши .