Функция шумоподавления в AirPods Pro и AirPods Max позволит насладиться музыкой и избавиться от лишних шумов окружающей среды. Но как это работает?
В этой статье я расскажу, почему мы слышим звуки, что такое шумоподавление, как оно устроено внутри AirPods Pro и какие недостатки есть у этой технологии.
Что такое звук?
Начнем с некоторых основ, а именно что такое звук, и как мы его воспринимаем? Простыми словами, звук – это колебания окружающей нас среды, в данном случае рассмотрим воздух.
Воздух вокруг нас на 99% состоит из молекул азота и кислорода, между которыми достаточно много свободного места.
Кода мы включаем музыку на iPhone, то мембрана динамика начинать двигаться очень быстро, в результате этого мембрана взаимодействует с окружающим воздухом, и его молекулы начинают сталкиваться друг с другом в соответствии с источником звука.
Это очень легко заметить, если включить музыку погромче и поднести палец к сеткам динамика. Мы почувствуем как воздух пьет по пальцу.
Как мы воспринимаем звуки
Рано или поздно эти столкновения дойдут до нашего уха, а точнее до молекул воздуха, которые находятся в нашем ухе. И вот эти молекулы, получив мотивацию от соседних, ударят прямо по нашей барабанной перепонке.
Она начинает вибрировать от ударов, и вместе с ней слуховые косточки, которые усиливают и передают колебания во внутреннее ухо, а именно так называемую “улитку”, заполненную жидкостью.
Внутри улитки удары воздуха превращаются в электрические сигналы, которые передаются в мозг. Внутри улитки есть множество чувствительных рецепторов (волосковые клетки), расположенные по всей длине.
Они имеют разную степень чувствительности, и каждая часть отвечает за восприятие определенной частоты звука. Волосковые клетки у основания улитки отвечают за высокие частоты, а те что расположены на верхушке – за низкие.
Когда жидкость внутри улитки приходит в движение от ударов молекул воздуха по перепонке, клетки начинают генерировать электрические сигналы, которые по слуховому нерву передаются в мозг, а уже мозг обрабатывает, анализирует полученные данные и выдает ту информацию, которую мы слышим.
Технически никаких звуков вокруг нас нет – это все просто колебания воздуха, остальное уже находится в нашей голове.
Звук – это продукт нашего мозга.
Микрофоны работают примерно по такому же принципу, как и наше ухо. Молекулы воздуха ударяются о мембрану в микрофоне, который преобразовывает их в электрический сигнал. По сути мы просто записываем движение молекул с определенной частотой, затем снова толкаем их с помощью динамика, чтобы воспроизвести движение и услышать звук.
Количество чередование сжатого и разряженного воздуха за одну секунду и будет частотой звуковых волн.
Например, 100 чередований будет равно частоте 100 герц.
Пассивное шумоподавление
Чтобы снизить уровень шума, нужно минимизировать количество ударов молекул воздуха по барабанной перепонке. Для этих целей существует активное и пассивное шумоподавление.
Пассивное подавление шума – это то, что подразумевает конструкция и материалы самих наушников. Например, силиконовые вкладыши вакуумных наушников или мягкие амбушюры у накладных моделей. По сути это уровень изоляции от внешнего шума, который может обеспечить устройство само по себе без учета каких-либо электронных компонентов или алгоритмов.
Проще говоря – это то, насколько хорошо наушники справляются с функцией берушей.
Такой способ заметно смягчает удары воздуха, так как молекулы уже бьют не прямо по барабанной перепонке, а по корпусу наушников. Но корпус все равно передает часть вибрации внутри – мы слышим окружающие звуки, хоть и заметно тише.
Активное шумоподавление
Принцип работы активного шумоподавления тоже не особо сложный, но реализация уже намного технологичнее. Если мы возьмем звуковую волну, состоящую из сжатых и разряженных участков, и противопоставим ей точно такую же, но зеркальную (то есть сжатые участки разрядим, разряженные и участки заполним молекулами), то они погасят друг друга, и никакого звука не будет.
Для этих целей в наушниках есть внешний микрофон либо система микрофонов, которые записывают дошедший до них звук, а также процессор, который анализирует характеристики этого звука и подает на динамик наушника сигнал, который и подавит весь шум.
За долю секунды наушник должен учесть внешний шум, проанализировать звук музыки, создать новую звуковую волну, которая будет учитывать и музыку, и движение мембраны для погашения нежелательного шума, а лишь потом подать сигнал в динамик.
Кроме того, максимальный эффект достигается еще и при хорошей изоляции ушного канала. Стоит внимательно отнестись к подбору насадок по размеру, чтобы наушники не вываливались, не болтались в ухе.
То есть обычные наушники вкладыши не обеспечат вам приличного шумоподавления, даже если такая система заявлена производителем. Например, Samsung Galaxy Buds Live имеют относительно неплохой звук, на за счет конструкции не очень плотно прилегают к уху, и шумоподавление там чисто для галочки.
AirPods Pro шумоподавление
А в AirPods Pro уже другая картина. В комплекте с наушниками ждут силиконовые вкладыши разных размеров. Если насадка подобрана правильно, шумоподавление работает эффективнее, басы звучат насыщеннее.
В наушниках от Apple используется несколько микрофонов. Один из них улавливает внешний шум, чип обрабатывает его и компенсирует с помощью динамика обратной звуковой волной еще до того, как он доберется до вашей барабанной перепонки.
А внутренний микрофон анализирует звук уже внутри уха и таким же образом подавляет оставшийся шум, который все-таки попал через вибрацию корпуса наушников.
Все это происходит с частотой 200 раз в секунду, то есть очень быстро. Но это еще не все. Стоит отметить режим прозрачности в наушниках от Apple. Это удобная фишка и работает она как бы в другую сторону – не блокирует внешние звуки, а позволяет при необходимости послушать, что происходит вокруг вас.
Что внутри AirPods Pro
Разобрать наушники целыми просто невозможно из-за большого количества клея и силикона, поэтому пришлось расплавить пластик в ацетоне.
Сердцем наушников является чип H1 собственной разработки Apple на основе архитектуры System in Package. Именно он отвечает за все продвинутые функции наушников.
Внутри AirPods Pro всего три микрофона. Один внизу, который используется при разговоре, находятся в самой ножке. Тут можно увидеть еще датчик нажатия, с помощью которого мы управляем наушниками.
Второй микрофон стоит чуть выше. Именно он улавливает внешние шумы, передает сигналы в чип для анализа и обработки.
Внутренний третий микрофон слушает то же, что и вы. Он помогает подавить оставшийся шум.
С помощью этого динамика AirPods Pro воспроизводят звук и подавляют шум.
Ну и конечно же круглая батарея, сделана в Германии, обеспечивает до 4,5 часов работы от одной зарядки.
Внешнюю мембрану можно рассмотреть на первым разобранном наушнике.
В AirPods Max шумоподавление должно работать еще лучше, так как используется другая более крупная конструкция с амбушурами из акустически оптимизированного пеноматериала, который полностью закрывает ушную раковину. Всего внутри 9 микрофонов, 8 из которых используются для системы активного шумоподавления.
Недостатки активного шумоподавления
В теории все круто, но на практике у наушников с активным шумоподавлением есть определенные недостатки. Во -первых, не все шумы можно эффективно заглушить. Низкочастотные звуки намного проще погасить, чем высокие. Происходит это из-за того, что звук в метро или гул от двигателя самолета – это такой однообразный шум, алгоритмам проще его определить.
Но при звуках высокой частоты чередования разряженных и сжатых участков гораздо чаще, чем при звуке низкой частоты. Участки с разным давлением на низкой частоте длиннее и дольше остаются неизменными.
Определите и погасить такой звук проще, чем внезапные звуки голоса, например.
Второй недостаток: некоторые пользователи могут испытывать головные боли при использовании активного шумоподавления. Причины могут быть разные, но технически при использовании шумоподавления мы обманываем наш мозг. Глаза видят людей вокруг, и вроде как должны быть какие-то звуки, но в ушах у нас практически полная тишина.
А некоторым людям тяжело воспринимать полное отсутствие звуков. Человек начинает чувствовать тревогу, волнение и так далее.
Если мы ничего не слышим в наушниках, то это не значит, что на перепонку не оказывается никакого воздействия от борьбы наших наушников с внешним шумом, даже если мы этого не ощущаем. И предугадать реакцию организма на такое просто невозможно, тут все очень индивидуально.
5-7% пользователей не смогут использовать активное шумоподавление из-за особенностей своего организма.
Высокая цена тоже является недостатком, да и качество звука в наушниках с активным шумоподавлением часто оставляют желать лучшего. Именно поэтому достойные наушники будут стоить дорого.
Даже среди массовых популярных брендов опция шумоподавления – исключительно маркетинговая фишка. Так что при выборе наушников внимательно читайте отзывы, а еще лучше тестируйте самостоятельно.
