Hoe ruisonderdrukking werkt in hoofdtelefoons en waarom het niet alle externe geluiden opslaat

2024 Auteur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 04:06

Meedogenloze fysica voorkomt dat ruisonderdrukkingssystemen perfecte stilte creëren.

In 2020 hadden veel mensen vanwege de overgang naar telewerken een koptelefoon nodig om te communiceren met collega's in online conferenties en om afstand te nemen van gezinsleden. Gadgets met ruisonderdrukking zijn bijzonder populair geworden: ze hielpen om zich beter op het werk te concentreren omdat ze het niveau van externe ruis verminderden.

Maar dergelijke modellen zijn er al heel lang: huishoudkoptelefoons met een ruisonderdrukkingssysteem kwamen al in 1989 op de markt. Meer recentelijk heeft Apple de aandacht op deze functie gevestigd met de release van de AirPods Pro en vervolgens de AirPods Max.

Velen verwachten dat hoofdtelefoons met ruisonderdrukking het omgevingsgeluid volledig "uitzetten", en zijn teleurgesteld als ze dat niet doen. Om te begrijpen waarom technologie de Mute-knop niet nabootst, moet je begrijpen hoe het werkt.

Hoe actieve ruisonderdrukking werkt

Actieve ruisonderdrukkingstechnologie migreerde naar huishoudelijke apparaten van het leger: al in het midden van de 20e eeuw werden dergelijke systemen gebruikt om het geluidsniveau in de cockpits van vliegtuigen en helikopters te verminderen. De eerste on-ear hoofdtelefoons met actieve ruisonderdrukking werden in 1957 gemaakt voor helikopters.

Voor thuisgebruik werd de technologie aangepast door Bose - het was de hoofdtelefoon die in 1989 de pioniers op het gebied van ruisonderdrukking op de markt voor consumentenelektronica werd.

Het werkingsprincipe is als volgt: het microfoonsysteem detecteert het ruisniveau rond de koptelefoon en vervolgens wordt een signaal met dezelfde amplitude, maar in tegenfase, weergegeven in de luidsprekers. Hierdoor onderdrukken de golven van geluid en antigeluid elkaar. Om een tegenfasegolf te creëren, moet de hoofdtelefoon natuurlijk zijn aangesloten op een soort stroombron, daarom wordt zo'n systeem actief genoemd.

Het implementeren ervan in de praktijk is niet zo eenvoudig als het lijkt. Het draait allemaal om de aard van geluid. Het genereren van een signaal in antifase is een moeilijke taak: het moet snel en nauwkeurig worden voltooid. Snel, omdat het geluid kan veranderen, bijvoorbeeld in een café, kopjes kloppen op schotels, of iemand wordt gefeliciteerd met zijn verjaardag, dat wil zeggen een wispelturige geluidsachtergrond en je moet je eraan aanpassen. Precies, want de afwijking tussen fase en antifase kan tot onaangename vervormingen leiden.

Dit is de reden waarom actieve ruisonderdrukking het beste is in het omgaan met monotone laagfrequente geluiden zoals het gezoem van vliegtuigmotoren of ventilatie. Ze hebben een min of meer constante amplitude en de golflengte bij lage frequenties is vrij groot en vergeeft enige signaalafwijking in fase en antifase. In het geval van een café wordt de basis van de ruis gecreëerd door midden- en hoogfrequente geluiden, waarvan de golflengte veel korter is en de amplitude scherper verandert - ze stellen hogere eisen aan een tegenfasesignaal.

Moderne actieve ruisonderdrukkingssystemen hebben nog niet genoeg rekenkracht om de gesprekken van vreemden en het plotselinge gerommel het zwijgen op te leggen. Maar ze kunnen goed omgaan met eentonig achtergrondgeluid.

Hoe passieve ruisonderdrukking werkt

Naast actieve ruisonderdrukking is er ook passieve ruisonderdrukking. Dit kan geluidsdempend worden genoemd: je zet een koptelefoon op - en alles om je heen wordt gedempt. Het vereist geen elektriciteit en hangt alleen af van hoe strak het apparaat op de oren en het hoofd past. Als er een opening is, is het geluid hoorbaar.

Daarom worden in-ear hoofdtelefoons geleverd met meerdere paar oorstukjes, verschillend in grootte: ieders oren zijn anders en soms is het niet eenvoudig om de perfecte oorkussens te vinden. Als ze niet erg stevig zitten, biedt de gadget niet het juiste niveau van geluidsisolatie.

Maar perfect op elkaar afgestemde mondstukken dempen effectief precies het geluid dat actieve ruisonderdrukking niet aankan: midden- en hoge frequenties, scherpe, plotselinge geluiden. Omdat dit circuit niet afhankelijk is van de snelheid van de elektronica, maar gewoon alles dempt, hoewel niet om volledige stilte te bereiken.

Passieve ruisonderdrukking speelt ook een belangrijke rol bij full-size hoofdtelefoons met grote cups. Hoe strakker de oorkussens tegen je hoofd worden gedrukt, hoe minder geluid je hoort en hoe minder mensen in de buurt van je muziek afweten. Maar als je ongeschikte opzetstukken voor in-ear koptelefoons kunt verwisselen, dan is er niets aan te doen met full-size die niet goed op het hoofd passen.

En toch kan perfecte stilte met zo'n gadget niet worden bereikt. De reden ligt opnieuw in de aard van het geluid en in de materialen. Geluid verspreidt zich overal waar een medium is. Fysieke obstakels kunnen hem tegenhouden, dus je kunt gewoon je oren bedekken met je handen en de wereld om je heen overstemmen.

Om volledige geluidsisolatie te verkrijgen, moeten echter speciale geluidsabsorberende materialen worden gebruikt.

Herinner je je nog de grote bouwkoptelefoon die werd gedragen om te beschermen tegen harde geluiden zoals een drilboor? Er is geen elektronische vulling - ze bedekken gewoon de oren, creëren een fysieke barrière voor lawaai en maken uw handen vrij. Tegelijkertijd geven ze nog steeds geen volledige stilte: de drilboor is hoorbaar, zij het dof.

Om maximale geluidsisolatie in deze hoofdtelefoon te krijgen, moet u meer absorberend materiaal toevoegen, waardoor ze merkbaar zwaarder en volumineuzer worden. Stel je nu voor dat je alle benodigde elektronica moet aansluiten op de toch al zwaarder wordende koptelefoon. Het model wordt erg zwaar.

Natuurlijk verbeteren fabrikanten zowel de materialen waarvan de hoofdtelefoon is gemaakt als de elektronische vulling, maar ze creëren nog lang niet de ideale stilte. Nu proberen ze een balans te vinden tussen het gebruikscomfort en de efficiëntie van de aangeboden functies.

Wat beïnvloedt de kwaliteit van ruisonderdrukking?

Er zijn veel bedrijven op de markt die actieve ruisonderdrukkende hoofdtelefoons aanbieden, maar hoe weet u wie de beste heeft?

U kunt de kenmerken bekijken. Hoe meer microfoons bijvoorbeeld in het ruisonderdrukkingssysteem werken, hoe nauwkeuriger het omgevingsbromniveau wordt afgelezen en hoe correcter het antifasesignaal wordt opgebouwd. Hoe krachtiger en moderner de processor, hoe sneller het systeem zal reageren op veranderingen in het omgevingsgeluid. In theorie.

Sommige bedrijven bieden zelfs aangepaste algoritmen voor ruisonderdrukking, zoals Sony, Bose, Samsung, Apple. Koptelefoons die met dergelijke systemen zijn uitgerust, hebben naast microfoons die naar het geluid buiten het apparaat luisteren, ook microfoons die het geluid binnenin opvangen.

Tijdens de kalibratie reproduceren de hoofdtelefoons testsignalen en lezen dezelfde interne microfoons de respons. Op basis van de kalibratieresultaten corrigeert het ruisonderdrukkingsalgoritme zijn werk: het is nu aangepast aan de geometrie van specifieke oren en hoofd.

Passieve geluidsisolatie beïnvloedt ook de werking van het actieve geluidsreductiesysteem. Als de hoofdtelefoon los zit en ruis doorlaat, zal het tegenfasesignaal niet zo effectief werken. De meeste full-size actieve ruisonderdrukkende hoofdtelefoons hebben grote, zachte oorkussens die de rondingen van je hoofd omsluiten voor maximale geluidsisolatie.

Hoe je niet voor de kneepjes van marketeers trapt

Het probleem met ruisonderdrukkende koptelefoons is dat bedrijven liegen: in reclamespots, wanneer ruisonderdrukking is ingeschakeld, wordt het feest vervangen door een rinkelende stilte, wordt de plaats van de bonzende treinwielen ingenomen door serene alpenweiden, en de baby die naar binnen schreeuwt de volgende stoel lost op in de waas.

Maar vanwege de fysica van het ruisonderdrukkingsproces zelf, is het onrealistisch om een dergelijk effect te bereiken. In eerste instantie noemde het bedrijf Bose zijn hoofdtelefoons eerlijk gezegd Ruisonderdrukkend - "ruisonderdrukking", maar schakelde toen, net als anderen, over op de term ruisonderdrukking - "ruisonderdrukking".

Als gevolg hiervan gaan gebruikers, in de hoop op stilte, in een dergelijke koptelefoon in de metro naar beneden, zetten ruisonderdrukking aan … Het huilen van de wind in de tunnel verdwijnt, maar de studenten die praten over het passeren van de sessie met Stanislavsky's angst niet. En de manier waarop iemand in de buurt hoestte is te horen. Dof, maar nog steeds hoorbaar.

Waar zijn mijn beloofde stilte, weiden en alpenfrisheid? In dromen. Want de technologie heeft dit niveau nog niet bereikt.

Tegelijkertijd scheppen ontwikkelaars in marketingmateriaal erg op over het feit dat hun systeem ruisonderdrukking biedt tot bijvoorbeeld -15 dB. Het eerste waar we op letten is het woord "voor". De tweede is dat niet is gespecificeerd onder welke omstandigheden deze −15 dB kan worden bereikt. Dat wil zeggen, er zijn enkele cijfers, maar hoe ze te vergelijken met de werkelijkheid is niet erg duidelijk.

Een andere truc is de vervanging van concepten. Het komt voor dat in de beschrijving van hoofdtelefoons ruisonderdrukking een systeem is dat ruis dempt tijdens spraakoverdracht tijdens gesprekken. Dat wil zeggen, uw gesprekspartner hoort u duidelijker. Maar het heeft geen invloed op de onderdrukking van externe ruis bij het luisteren naar muziek.

Wat is de bottom line?

Ruisonderdrukkingstechnologie in de vorm waarin deze wordt gepresenteerd door de reclameafdelingen van hoofdtelefoonfabrikanten bestaat niet. Bovendien is het effect ervan individueel en afhankelijk van de fysieke parameters van een bepaalde luisteraar. Voor sommigen bieden full-size hoofdtelefoons voldoende passieve geluidsisolatie, zodat actieve ruisonderdrukking goed werkt. En bij een andere persoon, bijvoorbeeld door een andere structuur van de jukbeenderen, zal de koptelefoon niet zo strak passen en zal het algoritme niet effectief zijn. Dus alles moet worden uitgeprobeerd.

Modellen met actieve ruisonderdrukking zijn geschikt voor wie veel reist in het transport: in bussen, treinen en vliegtuigen. Het belangrijkste kenmerk van een dergelijke hoofdtelefoon is het vermogen om het monotone laagfrequente gezoem te dempen, en hij is het die het vaakst meegaat op reizen. Ze verschillen in hoogwaardige actieve ruisonderdrukking, bijvoorbeeld:

• Sony WH-1000XM4,
• Soundcore Liberty Air 2 Pro,
• Sennheiser Momentum True Wireless 2,
• Marshall Monitor II ANC,
• Samsung Galaxy Buds Pro.

Degenen die proberen te ontsnappen uit lawaaierige kantoren en huishoudens, moeten speciale aandacht besteden aan de pasvorm van de hoofdtelefoon en op zoek gaan naar modellen die zo dicht mogelijk bij het hoofd of de gehoorgang passen. Deze hoofdtelefoon dempt het niveau van al het lawaai rondom, inclusief stemmen. Maar je kunt ze niet op advies kiezen: je moet ze passen.

Als je een model tegenkomt dat goed aansluit en is uitgerust met actieve ruisonderdrukking, kun je je verheugen: je krijgt het beste van twee werelden. Maar je kunt nog steeds geen perfecte stilte bereiken.