Система активного шумоподавления во внутриканальных наушниках. Как работает система шумоподавления в современных наушниках

Жизнь городского жителя полна стрессов. Поэтому, приходя домой, каждый горожанин стремиться к максимальному комфорту и тишине. Но, увы, если комфорт еще достижим, то вот спрятаться от шума мегаполиса — не так просто. Да и, что греха таить, многие современные многоэтажки не отличаются хорошей шумоизоляцией. Многим знакомо ощущение «родства» с соседями, возникающее оттого, что все перипетии их жизни зачастую слышны лучше, чем телепередача.

Традиционными способами избавления от уличного шума до сих пор считались пластиковые стеклопакеты, а от внутридомового – звукоизоляция стен, пола и потолка специальными строительными материалами. Это применимо до сей поры, но неужели современная наука не придумала чего-нибудь еще? Давайте рассмотрим лучшие инновации для города в области устройств для активного подавления шума в квартире.

Радиоэлектронные «глушилки»

Далеко не всегда наши музыкальные пристрастия совпадают со вкусами соседей. Громкая музыка или «орущий» телевизор – бич многих многоквартирных домов. Нравится одному – слушают все. А если соседи еще и поклонники караоке – проблема становится еще острее. Увы, к сожалению, далеко не всегда эти «музыкальные» люди адекватно реагируют на просьбы «сделать потише». Что ж, если не удается договориться «по-хорошему», а нервы уже – на пределе, приходится принимать радикальные меры И для этого не обязательно привлекать правоохранительные органы.

Есть способ эффективно бороться и самостоятельно. Для этого можно воспользоваться прибором радиоэлектронного подавления (в просторечии, «глушилка»).

Такое устройство можно как приобрести, так и сделать самому. В интернете можно найти массу схем, следуя которым можно эти глушилки электроники изготовить. Схемы могут быть как простые, так и достаточно сложные, однако принцип их работы по сути одинаков.

Принцип работы устройства радиочастотного подавления

Прибор, задача которого — заглушать работу электронных устройств, является генератором сигналов в таком же диапазоне частот, как и частоты заглушаемых устройств, только — в противофазе. Генерируемые прибором сигналы не несут никакой информации, это просто — «белый шум». Поэтому перед покупкой прибора необходимо в первую очередь определиться с диапазоном частот, в котором этот прибор работает. Смысл прост — если частоты не будут совпадать, устройство не будет выполнять свою функцию.

Эффект от работы «глушилки» таков – «полезный» сигнал электронного устройства соседей заменяется «белым шумом», что, в общем, и нужно тому, кто использует такой прибор.

После диапазона частот, вторая важная характеристика «глушилки» — это ее радиус действия. Расстояние, на которое действует эффект радиочастотной «глушилки», зависит от многих факторов: где используется прибор – на улице или в помещении, какая стоит погода и прочее.

Подавление работы электронных устройств — это не миф.

Но следует помнить о том, что применение «глушилок» незаконно, поэтому применять их нужно с осторожностью, и ни в коем разе ими не злоупотреблять.

Подобное устройство для подавления шума в квартире купить можно в различных интернет-мазагинах. Цена колеблется от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч рублей (в зависимости от мощности аппарата и диапазона покрываемых частот).

Устройство подавления шума в квартире Sono

Эту систему разработал австрийский промышленный дизайнер Рудольф Стефанич. В основе лежит таже технология, которая используется в наушниках. Это маленькое устройство крепится с помощью особых присосок на окно и поглощает большую часть посторонних звуков, доносящихся с улицы.

Комплект устройства состоит из микрофона, динамика и встроенного процессора. Прижатый к стеклу динамик использует его в качестве резонатора и воспроизводит звуки в противофазе.

Встроенный процессор анализирует и фильтрует полученные с помощью микрофона звуки. Эта технология позволяет устройству выборочно подавлять шумы, руководствуясь пользовательскими настройками.

Зачем это нужно? Очень просто. Можно, к примеру, заблокировать шум автомобилей и коммунальной техники, но настроить прибор на пропуск звуков щебетания птиц и шелеста листвы.

Помимо этого, система Sono сможет сама воспроизводить разнообразные приятные звуки: пение китов, шелест леса, шум прибоя и тому подобное.

В 2013 году этот концептуальный проект пробился в финал на конкурсе James Dyson Award. К сожалению, купить это устройство сейчас невозможно, так как Sono пока существует только в качестве прототипа.

Система активного шумоподавления

Эффекта, подобного тому, что мы описали выше (система Sono), может когда-нибудь добиться система активного шумоподавления. Инженеры-акустики из Технического университета Берлина предлагают гасить внутри рамы выбранные пользователем уличные звуки с помощью вмонтированных между стеклами рам компактных громкоговорителей.

Принцип работы этой системы поход на Sono («ненужные» звуки гасятся такими же звуками, излучаемыми в противофазе).

Немецкие специалисты считают, что их систему можно будет применять не только в жилых и административных помещениях, но и в автомобилях и самолетах.

На данный момент система находится в разработке, поэтому более подробная информация по ней отсутствует.

Заокеанские изобретатели тоже не остались в стороне. Компания Celestial Tribe из Сан-Франциско предложила свое устройство для подавления шума Muzo, которое также может обеспечивать приватность общения, создавая вокруг собеседников так называемый «пузырь тишины»

Muzo выглядит как небольшая колонка, которая отсекает нежелательные звуки от пользователя.

Гаджет крепится на плоскую поверхность, служащую ему резонатором, и воспроизводит звуки, которые убирают посторонние шумы. Кроме того, устройство способно гасить наружные вибрации, например, от близко идущего строительства. Само устройство также может воспроизводить приятные звуки, например, для улучшения сна.

В отличие от устройств 2 и 3 нашего списка, Muzo в скором времени может появиться в продаже. Стартовав на Kickstarter летом 2016 года, разработчики собрали более четырехсот тридцати тысяч долларов (при планируемых ста тысячах). В связи с этим на Indiegogo уже начат прием предзаказов.

По данным различных источников, до первых владельцев этот активный поглотитель шума в квартире или офисе доберется в январе-феврале 2017-го года, а его стоимость составит от 119 до 159 $ USA.

Вот вы, вы любите тишину? - А я люблю. Сколько даже не саму тишину, а отсутствие внешних раздражителей. Во время учебы, работы нужно сосредоточиться на решаемой проблеме/задаче и сделать это, когда вокруг пляшут домочадцы или по всему офису разрывается телефон, достаточно сложно… Безусловно, бывают такие моменты когда ты с особой страстью кипишь над работой, когда ты уже во влечен в процесс и ничто тебя не может отвлечь. Но что делать когда и так особого желания выполнять работу нет, а тут еще и сосредоточится невозможно? Для себя я нашел выход в лице наушниках с активной системой шумоподавления.

Начнем с того что о наушниках с активной системой шумоподавления я впервые узнал после прочтения вот
, где хабражители активно делились фотографиями и обсуждали свои рабочие места. Автор того треда упомянул о достаточно дорогих наушниках Bose QC-15 (~$500 по СНГ) поэтому была развернута операция по поиску более дешевых альтернатив. В итоге выбор пал на Audio-Technica ANC7b - наушники от известного японского производителя хорошо зарекомендовавшего себя во всем мире.

▐ Технические характеристики

Логично было бы продолжить статью описанием упаковки и комплекта поставки обозреваемого устройства, но в связи с частыми переездами за последние полгода вся комплектация была утеряна и на руках остались только сами наушники и коробка. Изначально в последней можно было найти: жесткий кейс для транспортировки (понятие не имею где я его профукал), съемный кабель (аналогично), батарейку типа ААА, адаптер для использования наушников в самолетах + переходик на 6.3 мм коннектор и пару сменных кабелей (с микрофоном и без).


Чего только стоил комплектный чехол… Ну да ладно, не будем о грустном, последние несколько месяцев я использую наушники с кабелем от Philips, который был нагло отжат вежливо одолжен мне юзером . По случаю передаю привет и обязуюсь вернуть кабель. ;)

▐ Дизайн, конструкция, удобство ношения

При первом знакомстве наушники Audio-Technica ANC7b не произвели на меня каких либо ярких впечатлений. Аскетичный дизайн из-за использования в материалах корпуса исключительно пластика, классическая форма с дуговым креплением, небольшие поскрипывания при сгибании наушников и повороте чашек. Последние имеют две степени свободы: поворот на 90 градусов по вертикальной оси и 45 по горизонтальной.


Механизм регулировки размера оголовья имеет 15 положений с шагом 3 мм. Никаких обозначений нет, поэтому предполагается, что пользователь должен единожды установить нужный размер или же каждый раз ориентироваться по щелчкам, которые издают направляющие при изменении размера.


Чашки наушников имеют средние (по отношению к другим накладным мониторам) размеры. По традиции с наружной стороны расположены логотип производителя, модель наушников и маркировка «левый-правый».


Микрофоны в нижней части чашек – это часть системы активного шумоподавления. Сюда же выведен батарейный отсек, который скрывается за фальшпанелью. Подойдут любые элементы питания типа ААА напряжением до 1.5 В.


На левом «ухе», помимо уже упомянутых элементов, находится выключатель системы АШП. Об активации последней сигнализирует ярко-синий вырвиглазный светодиод. Здесь же находиться разъем для подключения 3.5 мм аудиокабеля, но стоит отметить, что штекер с большим диаметром может не «вписаться» в данный порт.


Кстати, на оси соединяющую правую чашку с оголовьем есть небольшая рельефная точка, благодаря которой можно вслепую определить где правое, а где левое «ухо».


Амбушюры средних размеров, в меру упругие, также как и оголовье покрыты кожзамом. Наушники плотно обхватывают голову, но при этом не причиняют какого-либо неудобства.


Что касается моих личных впечатлений об удобстве, то эти строки я пишу спустя 5 (а может и того больше) часов пребывания в наушниках. За бортом зима, в комнате в районе 20 градусов - уши в комфорте. Летом, конечно, есть небольшой дискомфорт, так как уши потеют, но с другой стороны – покажите мне наушники в которых ваши уши останутся сухими в тридцатиградусную жару?

▐ Звук, совместимость, некоторые аспекты эксплуатации

Для начала не стоит пугаться сопротивления в 300 Ом. Во-первых, это показатель при выключенной системе АШП. К сожалению, значение этого параметра со включенным «шумодавом» производитель не предоставил, но судя по изменению уровня громкости в наушники встроен весьма «бодрый» усилитель.


Во-вторых, учитывая чувствительность в 109 дБ/мВт наушники даже с выключенной фирменной технологией можно использовать в паре со смартфоном или плеером. Но тут стоит учесть, что запаса по громкости не будет. Так, даже для обычного прослушивания музыки приходится выкручивать громкость на максимум. И вообще, для комфортного прослушивания музыки в данных наушниках без «шумодава» стоит обзавестись более серьезным источником, например - .

АЧХ

Что касается самого качества звучания, которое на самом деле является понятием сугубо субъективным и в идеале бы перед покупкой послушать наушники IRL , меня звук чуть более чем устраивает. Я использую наушники преимущественно дома, в паре с внешним ЦАП-ом, так что в обоих режимах не ощущаю нехватки громкости. Причем использую достаточно часто - не менее 3-5 часов в день и зачастую со включенным шумоподавлением (+звуки прибивающих природы или легкая музыка). Такой сет дает возможность полностью абстрагироваться от грохота старичка холодильника, разговоров сожителей и перемещений оных по комнате. В тоже время более громкие разговоры просачиваются, что лично для меня является плюсом.

Если бы не столь громадные размеры (на моей и так далеко не маленькой голове такие наушники смотрятся весьма плачевно), то с удовольствием катался бы с этими наушниками в метро. Суть в том, что АШП лучше всего справляется с нижними частотами, т.е. гул метро отсекает полностью, а женский голос объявляющий станции остается слышим (при условии прослушивании аудиокниги/подкаста или музыки на низкой громкости). Здесь же был замечен один из основных недостатков: за счет использования активной электроники устройство имеет свойство ловить наводки от мобильных телефонов, пусть и периодически, но данный эффект вызывает некий дискомфорт.

▐ Устройство активной системы шумоподавления

А что вообще из себя представляет система шумоподавления? Для начала нужно понимать, что шумоподавление есть как активное , так и пассивное . Последнее - это в основном прерогатива закрытых мониторных наушников. Корпуса чашек таких устройств не содержат никаких отверстий с наружной стороны, а стенки таких наушников обычно достаточно массивные и материал, из которых они сделаны, часто обладает способностью гасить звуковые колебания. Наушники с самым хорошим пассивным шумоподавлением имеют показатели 35-37 дБ.

Активное шумоподавление, в свою очередь, требует внедрения в наушники электроники. Принцип работы данной системы достаточно просто понять, даже если вы прогуливали уроки физики в школе. Звук - физическое явление, представляющее собой распространение упругих волн в определенной среде. Если еще точнее, то звук - это волна. Музыка, грохот отбойного молотка, вопли младенца - все это звуковые волны с которыми мы сталкиваемся повсеместно. Одним из основных явлений присущих волнам является интерференция.

Интерференция волн - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. (с) Wikipedia

Но каким образом система активного шумоподавления зависит от явления интерференции? - А таким, что данный способ шумоподавления основан на интерференции! Если волны приходят к точке среды (встречаются) в противофазе, то смещение частиц будет разнонаправленным, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний, т.е. звуковые колебания поступающие извне гасятся. Из-за ограничений (возможно временных, ведь прогресс не стоит на месте) накладываемых внутренней электроникой «шумодава» полностью компенсировать внешние шумы, к сожалению, не является возможным.


Именно так и работает система АШП. Специальные микрофоны, которые находятся в чашках наушников, улавливают внешние звуки, а встроенная электроника инвертирует их и добавляет в проигрываемую музыку, тем самым убирая внешние шумы.

▐ Внутренности, автономность

В последнее время модно ставить устройствам оценку за их ремонтопригодность, дабы не отставать от трендов проведем препарацию наушников, а заодно и посмотрим, что за магия скрывается в корпусе оных. Отклеиваем амбушюры:


Под тоненьким поролоновым фильтром (на фото отсутствует) находится микрофон системы АШП и динамический излучатель. Для получения объемного звука чашки наушников заполнены поролоном.


В очередной раз убеждаемся, что корпус наушников целиком и полностью изготовлен из пластика. На левой чашке расположены три винта под отвертку CR-VT8 - они удерживают фальш-панель под которой скрывается электроника системы активного шумоподавления.


Дальше-больше: печатная плата овальной формы (по клику на картинку ниже - полноразмер) занимает почти все внутренне пространство левой чашки. Грязь в районе аудиоразъёма слегка портит впечатление, но в целом все хорошо.


С обратной стороны два одиноких электролитических конденсатора и стандартный 3.5 мм TRS-разъем.


В производстве данных наушников использовались серийные компоненты, например, восьминогая микросхема в правой части платы - это MAX660, инвертор напряжения, который может выступать как в роли источника отрицательного напряжения, так и в качестве повышающего преобразователя для усилителя. В левом верхнем углу - ST V324 (14 выводов) - четырехканальный усилитель с THD (коэффициент нелинейных искажений) не более 0.01%. К сожалению, назначение МС находящейся выше установить так и не удалось. И да, синий светодиод я в последствии заменил на теплый ламповый желтый.


Пару слов об автономности. Для работы системы АШП я использую Ni-MH аккумулятор формата ААА. Как вы уже знаете в наушниках я провожу ~2-3 часа на день, соответственно заряжать аккумулятор емкостью 700 мАч приходится раз в две недели. Не понравилось отсутствие какого-либо индикатора заряда - узнать о совсем уж севшем элементе питания можно только посредством периодических похрапываний в ушах, сопровождающихся медленным затуханием светодиода. Также советую следить за выключением шумоподавления, ибо никакой функции автоотключения обнаружено не было.

▐ Цена, итоги

Audio-Technica ANC7b - отличные наушники закрытого типа с активной системой шумоподавления. Со своей основной задачей - отсекать внешние шумы справляется относительно неплохо. Не смотря на скромный дизайн и дешевые материалы корпуса, наушники неплохо собраны, имеют удобную посадку и достойное звучание. Из основных огрехов выделяются: отсутствие индикатора заряда, периодические наводки от сотовых телефонов… Цена, как на мировом, так и на рынке СНГ колеблется в районе 5-7 тысяч рублей (140 - 190 долларов).

Достоинства и недостатки

Система активного шумоподавления
Автономность
Звучание
Отсутствие индикатора заряда/разряда
Наводки от мобильных телефонов

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.

Жизнь в мегаполисе наполнена звуками. Каждый раз при выходе из дома нас ожидает городской оркестр, подготовивший новое «представление». Правда, стилистика похожа на все предыдущие, вот только расставлены инструменты иначе. Порой бывает приятно окунуться в звучание урбана, за исключением двух моментов: когда едешь на работу и когда возвращаешься домой. Бравый утренний настрой сбивает шум проезжающих машин, гвалт толпы, да и в метро сидящий рядом человек порой огорчает своим музыкальным репертуаром, вырывающемся из накладных наушников. Ну а вечером... Да вы и сами понимаете, как тяжело бывает вечером. Дабы сохранить «внутреннее дзен», человек выбирает простой и вполне оправданный способ - наушники.

Приоритет зачастую отходит внутриканальным моделям за счет простой логики – чем ближе и плотнее они сидят в ухе, тем меньше пропустят внешних звуков. Не обращая внимания на дополняющие название модели аббревиатуры (наподобие «NC») и, к тому же, считая это очередным колдовством маркетологов, человек поступает крайне опрометчиво. Почему? Дело в том, что существует два вида изоляции: пассивная и активная. Пассивная шумоизоляция достигается стандартным образом – чем плотнее затычки прилегают к стенкам ушного канала, тем меньше шума проходит внутрь. Но! Среди звуковых свойств, а именно свойств Р-волны, имеется возможность проходить сквозь твердые тела, в том числе и через корпус наушников. Для нейтрализации такого эффекта и создана система активного шумоподавления (далее – САШ).

Принцип работы

Для начала разберемся в принципе работы активного шумоподавления. Исключая занудство физических терминов и формул, проложим простой путь к пониманию. Внутреннее строение наушников с активным шумоподавлением имеет одну крайне важную особенность. Рядом с динамиком разработчики устанавливают микрофон, который измеряет амплитуду окружающего шума. Наравне с поступающими через корпус внешними колебаниями микрофон создает волну с аналогичной амплитудой, но с обратной фазой исходного сигнала. При наложении таких волн происходит процесс интерференции – они смешиваются в единое целое, тем самым подавляя друг друга. В итоге пользователь получает звучание, лишенное внешних искажений.

Преимущества САШ

Кроме нейтрализации внешнего шума, САШ имеет ряд дополнительных преимуществ, призванных служить не косметическим, а вполне полезным дополнением. Наушники со встроенной САШ удобнее аналогов с пассивным шумоподавлением. Они ориентированы на создание максимально комфортных условий для прослушивания и обычно имеют дополнительные зажимы, фиксирующие наушник в ушной раковине. Поскольку наушник зафиксирован, потребность в максимально плотно сидящих затычках отпадает сама собой. Шум блокируется по двум направлениям (с помощью САШ, а также пассивно затычками), что не мешает наслаждаться музыкой.

Другим наиболее весомым аргументом является защита слуха. Чтобы получить по этому поводу квалифицированное мнение, мы спросили о воздействии внешнего шума у отоларинголога П. И. Савельева.

«По вопросам снижения или потери слуха обращается много пациентов. Естественно, его частичная потеря обусловлена в большей степени возрастными рамками, но проблема широко распространена и среди молодежи. Снижение слуха данной группы в основном напрямую взаимосвязано с прослушиванием музыки в метро или на шумных улицах. Шум, проникающий через наушники, вызывает необходимость в значительной степени увеличить громкость музыки. Громкий звук воздействует на сенсорные элементы внутреннего уха, снижая уровень восприятия звуковой картины. Временное же нарушение слуха наблюдается после разового воздействия высокой громкости, превышающей отметку в 80 дБ. Если же пациент часто подвергался воздействию звуков повышенной громкости, то происходящие изменения могут стать необратимыми, после этого слух восстановить будет очень сложно».

Таким образом, САШ нейтрализует необходимость в постоянном повышении громкости, когда пользователь сталкивается с внешним фактором. Несмотря на некоторую безопасность, которую дает пассивная изоляция, наушники с САШ справляются намного лучше.

Разбираем САШ на примере HARMAN/KARDON Soho II NC

Чтобы продемонстрировать пример, наглядно отображающий все вышеперечисленные преимущества, были выбраны внутриканальные наушники .

В рассматриваемых наушниках присутствует улучшенная технология автоматического активного шумоподавления. Инженерам пришлось пересмотреть внутреннее расположение – процессор, ответственный за подавление шума, был перенесен в отдельный блок. Его можно отключить, когда закончится заряд или не будет надобности в нейтрализации шума. Включение и выключение САШ производится через пульт, встроенный в кабель наушников.

Слушать эти наушники в помещении – одно дело, игра с переключением режимов шумоизоляции даст мало результатов. Но если выйти на улицу, разница становится ощутимой – не слышно ничего, кроме музыки. При такой шумоизоляции не стоит забывать про осторожность. Будьте крайне внимательны при переходе и движении по проезжей части!

Для прочной и удобной посадки конструкцией Soho II NC предусмотрено наличие фиксаторов. Эта деталь крайне полезна, ведь давление амбушюр в ушном канале нивелируется за счет плотного прилегания фиксатора к внутренней части ушной раковины. Соответственно, с пассивной шумоизоляцией у произведения HARMAN/KARDON тоже все в порядке.

В завершение хочется в очередной раз отметить: выбирайте наушники с умом. Иногда лучше немного доплатить и получить действительно качественную и проверенную вещь, чем необдуманно купить бестолковые затычки, способные в будущем стать катализатором проблем со здоровьем.

Широкий выбор наушников на любой вкус и с САШ вы найдете в магазинах Doctorhead

Нашли опечатку в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter . Это не требует регистрации. Спасибо.

Пассажирам бизнес-класса авиакомпании обычно выдают «приветственный комплект», в который обязательно входят беруши. Действительно, монотонный гул мощных самолетных двигателей бывает невыносим, он не дает заснуть или наслаждаться любимой музыкой. Никакие наушники-пробки (или даже закрытые) не способны справиться с ним — пассивная шумоизоляция не слишком хорошо препятствует распространению низкочастотного звука, характерного как для самолетов, так и для других видов транспорта. Но на помощь могут прийти наушники с активным шумоподавлением.

Низвести шум

Сам принцип активного шумоподавления известен еще с 1930-х годов, но первые работающие прототипы, предназначенные для пилотов самолетов и вертолетов, появились в конце 1950-х. Правда, они оказались слишком громоздкими и не получили распространения. Лишь в конце 1980-х годов, когда размеры электронных компонентов стали достаточно малыми, компания Bose сделала первые практичные наушники с активным шумоподавлением.

Идея, лежащая в основе активного шумоподавления, достаточно проста. Звук представляет собой волну разрежений и уплотнений, а там, где есть волна, можно воспользоваться интерференцией. Создав инвертированную волну (точно в противофазе) в нужной точке (в ухе, как можно ближе к ушному каналу) и в нужное время, можно полностью погасить исходную. Именно так и работает система активного шумоподавления: внутри наушников расположены микрофоны, которые измеряют уровень фонового шума. Этот сигнал инвертируется и передается на динамик, который и обеспечивает возникновение волны в противофазе к шуму (при воспроизведении музыки нужно еще учесть «полезный сигнал» — вычесть его из измеряемого шума).

Основная проблема систем активного шумоподавления связана с неточным попаданием в противофазу. Даже небольшое смещение фазы приводит к серьезным искажениям. Поэтому активное шумоподавление хорошо работает с монотонным и низкочастотным шумом (длина волны низкочастотного звука велика, и поэтому расхождение по фазе мало) и плохо — с высокочастотными и резкими нерегулярными шумами — криками, речью, музыкой. С последними приходится бороться с помощью пассивной шумоизоляции. Часто в наушниках с активным шумоподавлением можно услышать тихое шипение — это как раз следствие неточности фазового сдвига высокочастотного шума.

Без путаницы

Избавиться от вечно путающихся и неудобных проводов стремились и создатели наушников с активным шумоподавлением. Все эти девайсы работают по протоколу Bluetooth, который позволяет не только передавать качественный стереозвук (хотя, конечно, аудиофилы с этим не согласятся) с помощью профиля A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) и новых улучшенных кодеков AAC и AptX, но и управлять плеером мобильного устройства (для этого используется профиль AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile). Наушники одновременно являются и беспроводными гарнитурами, поддерживающими профили Hands-Free Profile (HFP) и Headset Profile (HSP), что позволяет звонить и принимать звонки при подсоединении к смартфонам. Нужно только учесть, что шумоподавление при этом работает только в одну сторону, то есть ваш собеседник будет слышать все окружающие вас шумы. Кстати, все гарнитуры в нашем тесте оснащены NFC-идентификацией, так что подсоединять их к мобильным устройствам, которые поддерживают эту технологию, очень просто — достаточно просто коснуться тем же смартфоном точки со значком NFC на наушниках.

А еще все беспроводные наушники комплектуются проводами — по правилам авиакомпаний использование беспроводных устройств во время полета запрещено. Достаточно воткнуть провод в соответствующее гнездо наушников, и Bluetooth отключится автоматически. К тому же большинство моделей даже при полном разряде батарей продолжают работать как обычные проводные наушники.

Как мы тестировали

Для теста использовался смартфон Samsung Galaxy Note 3 (SM-N900). Обработка звука в наушниках (эквалайзер, эффекты) принудительно отключалась с помощью фирменных утилит или клавиш управления. В плеере устанавливался профиль эквалайзера Flat. Наушники тестировались в беспроводном и проводном режимах. Время работы указано при беспроводном прослушивании музыки с включенным шумоподавлением.

Nokia Purity Pro by Monster (BH-940)

Bluetooth: Ver. 3.0 NFC: есть Время работы: 24 часа Шумоподавление: 6/10

Эргономика ? При раскладывании включаются автоматически. Датчики включают шумоподавление, как только вы надеваете наушники, а также автоматически отключают их через несколько минут после снятия. Органы управления — механические кнопки. В целом, кроме небольшого размера кнопок, никаких нареканий наушники не вызвали, все достаточно удобно. Для подключения проводом используется стандартный 3,5-мм трехконтактный разъем.

Звучание Звучание хочется назвать зрелищным: бас — упругий и разборчивый, барабаны — хлесткие, как пощечина, голоса — чистые, без искажений. Увеличение громкости не приводит к искажениям. К сожалению, все это работает, только пока наушники подключены к плееру проводом. При проигрывании по Bluetooth появляются помехи, а кристальная яркость уступает место примитивной «замыленности». Неплохой компромисс — провод для дома, Bluetooth — для шумной улицы.

Плюсы: удобная эргономика; отличный звук по проводу; большое время автономной работы

Минусы: отсутствие фирменного приложения для управления и настройки; отсутствие индикации заряда батареи (на смартфоне или наушниках); средний уровень шумоподавления

Sennheiser MM 550-X Travel

Bluetooth: Ver. 2.1 NFC: есть Время работы: 8 часов Шумоподавление: 5/10

Эргономика Это одна из двух моделей в нашем обзоре, которые имеют выделенную кнопку включения режима сквозного звука. При ее нажатии динамики переключаются на передачу звука с внешних микрофонов. Качество передачи звука в режиме гарнитуры откровенно плохое, поскольку микрофоны слишком чувствительны и передают даже малейшие шумы, причем слышны они не только собеседнику, но и вам (шумоподавление при этом не работает).

Звучание У этих наушников весьма качественные динамики. К примеру, тарелки на них звучат натуральнее, чем на любых других, но только если в данный момент играют только тарелки. Но стоит музыкантам дать жару, звук наполняется искажениями в таком количестве, что становится сложно узнать голос певца. Очень жаль, но наушники именитой фирмы демонстрируют полное бессилие при прослушивании практически любой музыки, как без провода, так и с ним.

Плюсы: хорошая эргономика; встроенный процессор объемного звука; съемная батарея

Минусы: плохое качество звука (и как наушников, и как гарнитуры); отсутствие фирменного приложения для управления и настройки

Creative AURVANA Platinum

Bluetooth: Ver. 3.0 NFC: есть Время работы: 12 часов Шумоподавление: 8/10

Эргономика Наушники имеют три режима шумоподавления: «Самолет», «Улица» и «Офис», переключаются они вручную (у других производителей — автоматически). Как гарнитура удобны, хотя расположение микрофонов, возможно, не самое удачное — собеседник слышал помехи от окружающих шумов. Стоит также заметить, что шумоподавление включается и выключается независимо от наушников, что может привести к быстрому разряду батареи.

Звучание Разработчики хотели перенести слушателя в воображаемую комнату прослушивания, уединенную, надежную, уютную. Электроника участвует в обработке звука всегда (с проводом и без), наполняя его небольшой реверберацией для имитации пространства. Такой подход хорош для акустического блюза или камерных произведений. Музыка с мощной ритм-секцией тонет в громких, неразборчивых, «замыленных» реверберацией басах. Звучание интересное, но на любителя.

Плюсы: хорошее шумоподавление (и пассивное, и активное)

Минусы: звук среднего качества; кнопки сложно нащупать; отсутствие фирменного приложения для управления и настройки

Sony MDR-ZX750BN

Bluetooth: Ver. 3.0 NFC: есть Время работы: 13 часов Шумоподавление: 6/10

Эргономика Амбушюры наушников небольшие по размеру, поэтому их правильнее будет отнести не к закрытым, а к накладным. Тем не менее они ничем не уступают конкурентам. Кнопки управления на нижнем торце наушников удобны, хотя нащупать их не всегда просто. Качество передачи речи в режиме гарнитуры отличное. Шумоподавление имеет три режима, которые включаются автоматически после анализа окружающей звуковой обстановки. Можно включить шумоподавление и вручную, но только «уличный» режим.

Звучание Ого! Эти наушники с небольшим на вид динамиком — бескомпромиссный выбор бас-гитариста. Встроенный усилитель настроен на мощный, громкий, но при этом очень разборчивый бас. При этом высокие частоты воспроизводятся тихо и весьма небрежно. Sony можно смело рекомендовать любителям танцевальной музыки, электроники, хардкора, а также тем, кто хочет наизусть выучить партии Даффа Маккагана или Фли. Провод подключать не имеет смысла — без встроенного усилителя наушники практически бессильны.

Плюсы: неплохой беспроводной звук; хорошая передача речи в качестве гарнитуры

Минусы: кнопки сложно нащупать; отсутствие фирменного приложения для управления и настройки

Parrot Zik

Bluetooth: Ver. 2.1 NFC: есть Время работы: 6 часов Шумоподавление: 8/10

Эргономика ? Дизайн Филиппа Старка, белая кожа и золотое покрытие. Да и уровень шумоподавления очень хорош. Для управления производитель оставил две маленькие, утопленные в корпус механические кнопки — включения и шумоподавления, остальные команды отдаются с помощью сенсорной панели. Это на самом деле не слишком удобно. Сенсоры автоматически ставят музыку на паузу, когда вы снимаете наушники. При использовании в качестве гарнитуры собеседнику хорошо слышны окружающие шумы, несмотря на множество микрофонов, которые, по идее, должны нивелировать этот эффект.

Звучание Звучание этих наушников так и хочется обозвать противоестественным. Встроенный усилитель, который не отключается, усиливает самые высокие и самые низкие частоты, приглушая середину. Это давно известный способ сделать звук чуть бодрее, но искушенного слушателя на этот трюк не купить. Впрочем, есть у Parrot и сильная сторона: это единственная модель, полностью лишенная помех при прослушивании по Bluetooth.

Плюсы: отличное шумоподавление; удобная утилита для управления и настройки

Минусы: малое время автономной работы; среднее качество звука; неудобное сенсорное управление

Samsung Level Over

Bluetooth: Ver. 3.0 NFC: есть Время работы: 15 часов Шумоподавление: 8/10

Эргономика Две механические кнопки, включения и шумоподавления, остальное управляется с помощью сенсорной панели, что, на наш взгляд, не слишком удобно в силу незащищенности от случайного касания. В качестве гарнитуры модель работает хорошо. Существует фирменная утилита для управления наушниками с множеством возможностей настройки и обработки звука. Для некоторых смартфонов Samsung Galaxy доступны дополнительные возможности (голосовое управление). Кстати, это единственная модель в обзоре, которая имеет жесткий чехол в комплекте.

Звучание Эта модель подкупает запасом мощности. Она запросто устроит дискотеку даже в вагоне метро. Звучание у нее заводное, хотя и менее честное, чем у Monster. Веселья добавляет слегка усиленная верхняя середина, которая придает хлесткости ударным. В целом это универсальная, удобная, хорошо защищенная от шумов модель на все случаи жизни. Пользоваться проводом смысла нет, без «страхующей электроники» звучание модели намного скучнее.

Плюсы: отличное шумоподавление; удобная утилита для управления и настройки; неплохой звук; жесткий чехол в комплекте

Минусы: неудобное сенсорное управление

Plantronics Backbeat Pro

Bluetooth: Ver. 4.0 NFC: есть Время работы: 24 часа Шумоподавление: 7/10

Эргономика Регулировка громкости производится кольцом (более интуитивный способ сложно придумать). Мимо кнопок управления сложно промахнуться. Датчики автоматически включают паузу, когда вы снимаете наушники, и возобновляют воспроизведение, когда надеваете, постепенно увеличивая громкость. Это вторая модель в обзоре, которая имеет выделенную кнопку сквозного режима. Но работает она очень интересно: музыка не выключается полностью, а лишь приглушается, динамики переключаются на внешние микрофоны, причем качество передачи звука очень близко к «живому».

Звучание Стихия этих наушников — сложные аранжировки. Усиленные высокие частоты делают разборчивым звучание инструментов на заднем плане. Слушать их интересно, радует запас громкости, хотя недостаточно мощный усилитель выдает неразборчивые, хотя и громкие басы. Наушники подойдут любителям джаза, блюза и классики. Слушать рок и электронику на них скучновато. Разницы между прослушиванием с проводом и без провода мы не почувствовали.

Плюсы: великолепные эргономика и управление; неплохой звук; индикация заряда батарей; большое время автономной работы

Минусы: в комплекте не помешал бы жесткий чехол