Оглавление:
Покупая наушники или микрофонную гарнитуру, в описании иногда указана функция шумоподавления. Давайте разберемся, как следует понимать эту особенность.
Типы шумоподавления
Есть 2 типа шумоподавления: реализованное в микрофоне и в наушниках. Оба удаляют фоновые звуки. В первом случае цель — улучшить качество голоса пользователя микрофона, доходящего до слушателя. А шумоподавление в наушниках улучшает качество звука, получаемого пользователем.
Таким образом, снижение шума в микрофоне не приносит прямой пользы человеку, использующему его. Вместо этого оно помогает другим услышать звук лучше. Микрофоны с этой функцией предназначены для улавливания голоса пользователя, игнорируя при этом фоновый шум. Эффекта можно достичь разными способами, например используя соответствующую форму и расположение микрофона, ветрозащиту или разные методы цифровой обработки сигналов.
Микрофоны с функцией снижения окружающего шума используются, в частности, в колл-центрах. Благодаря им многие консультанты могут работать бок о бок, а клиенты, с которыми они общаются по телефону, не слышат соседние разговоры в одной комнате.
Шумоподавление в микрофонах
В самом простом варианте удаляется окружающий шум, поскольку микрофон неодинаково чувствителен к звукам, доносящимся с разных направлений. Этот тип гарнитуры рекомендуется использовать в офисах открытого типа. Удаляет большую часть фонового шума, пока микрофон находится относительно близко ко рту.
Метод основан на следующем принципе: окружающие шумы исходят с относительно большого расстояния от микрофона. В результате эти звуки оказывают одинаковое давление на обе стороны диафрагмы. Поскольку давление одинаково с обеих сторон, он не будет вибрировать и, следовательно, звук не будет передаваться. Акустическое давление человека, говорящего в микрофон, значительно выше на одной стороне диафрагмы. В результате он вибрирует, четко передавая голос говорящего.
При втором подходе микрофон предназначен для улавливания звука только изо рта пользователя и устранения практически всех фоновых шумов. Такие гарнитуры хорошо работают в шумных помещениях, например, в колл-центрах.
Методы устранения шума
В этой конфигурации элементы микрофона расположены в стороне от входа диафрагмы, благодаря чему отверстия с обеих сторон получаются симметричными. Это устраняет весь шум перед пользователем и вокруг него. Передается только голос говорящего. Чтобы предотвратить его фильтрацию, необходимо, чтобы рот пользователя находился на определенном расстоянии от микрофона.
Самым продвинутым решением является то, которое использует несколько микрофонов. В таком наборе один из них находится ближе ко рту, чем другой. Благодаря этому первый записывает голос пользователя, а второй улавливает звуки окружающей среды. Обрабатывая эти сигналы с использованием специальных методов цифровой обработки, можно удалить окружающий шум. Микрофоны с шумоподавлением эффективны для устранения уличного шума при работе на открытом воздухе.
Чтобы гарнитуры с шумоподавлением хорошо выполняли свою работу, необходимо правильное расстояние микрофона ото рта говорящего. Кроме того, необходимо установить соответствующий уровень передачи. Если он слишком велик, то, как это ни парадоксально, получатель может не услышать отправителя. Это связано с активацией функции автоматической регулировки усиления и конфликтом АРУ во взаимодействующих устройствах.
Шумоподавление в наушниках
Благодаря такой функции пользователь может изолировать себя от окружающего шума, чтобы он не мешал. Это полезно, например, при прослушивании музыки или разговоре по телефону во время поездки, чтобы снизить шум в салоне. Имеется 2 подхода к устранению шума в наушниках: пассивный и активный.
В первом эффект демпфирования достигается благодаря физическим особенностям наушников их конструкции (они выполнены таким образом, что полностью закрывают уши и плотно прилегают к голове) и звукоизоляционным свойствам материалов. Например, наушники-вкладыши имеют амбушюры с набивкой из пенопласта, которые создают барьер между ушами и внешним миром, а наушники-вкладыши плотно прилегают к ушному каналу.
Примером пассивной защиты также являются средства защиты органов слуха, которые носят рабочие на строительных площадках и предприятиях. Пассивное шумоподавление эффективно блокирует нерегулярные высокочастотные звуки. Это дешевое решение, не требует электропитания и постоянно включено – пассивную защиту невозможно «выключить».
Альтернативой является активный подход. Правда для того чтобы это работало, в большинстве случаев наушники должны иметь пассивную конструкцию для первоначального подавления внешнего шума, ещё до того как сработает система ANC (активное шумоподавление).
Что такое система ANC
Этот метод лучше всего подходит для обычных низкочастотных звуков, таких как шум вентилятора или мотора. Теоретически активное шумоподавление реализовать просто: сначала записывается шум, а затем генерируется инвертированный сигнал (так называемый противошум). Когда добавим его к исходному шумному звуку, искажения должны исчезнуть. Но на практике это непросто. Хотя этого можно достичь в полностью аналоговой схеме, качество воспроизводимого сигнала раньше оставляло желать лучшего.
При практической реализации метода активного шумоподавления следует учитывать несколько моментов. Во-первых, микрофон, записывающий звук, и наушники, воспроизводящие его, находятся не в одном месте. Следовательно, сигнал, который достигает микрофона, не совсем тот, который требуется для создания постоянного противошума. Кроме того, если у ANC задержка превышает несколько миллисекунд, система попытается устранить предыдущий шум вместо текущего. Это может ухудшать качество сигнала.
Несмотря на эти проблемы, активное шумоподавление теперь стало стандартом, обеспечивая снижение шума в наушниках на 30 — 45 дБ. Его популяризация стала возможной благодаря прогрессу в области цифровой обработки сигналов и усовершенствованию алгоритмов ANC.
В реальных схемах аналоговый сигнал с микрофона преобразуется в цифровой, а затем обрабатывается для его изменения. Затем он добавляется к оцифрованному исходному сигналу. Результат этой операции требует дополнительной обработки для фильтрации и компенсации возможных нежелательных задержек и артефактов сигнала. Наконец, цифровой сигнал преобразуется в аналоговую форму, откуда он подается на преобразователь. Существует 3 метода ANC.
Прямая и обратная связь
Чаще всего используется прямое шумоподавление ANC. В этом случае опорные микрофоны выносятся за пределы чашек наушников. Благодаря этому они улавливают шум до того, как он достигнет барабанной перепонки уха пользователя. Таким образом, у системы ANC есть время сгенерировать противошум и скорректировать сигнал. Хотя, если расположить эталонные микрофоны дальше от уха, шум, который до них доберется, может оказаться слишком отличным от шума, который фактически достигнет пользователя. Схема прямой связи особенно эффективна для снижения шума на высоких частотах.
Но при подходе с обратной связью эталонные микрофоны размещаются внутри чашек наушников и записывают звуки, достигающие уха пользователя. Они сравниваются с источником звука, а алгоритм ANC идентифицирует шум и генерирует противошум для его устранения. Этот метод сложен в реализации — непросто спроектировать систему обратной связи с фильтрами, которая была бы эффективной и не теряла устойчивости при различных типах шума и различных структурах органа слуха. Схема обратной связи эффективна в широком диапазоне частот шума, но не так хороша, как ANC с прямой связью, в снижении высокочастотного шума.
Гибридный подход
Гибридный подход сочетает в себе преимущества методов прямой и обратной связи. В этом случае внешние микрофоны используются для мониторинга окружающего шума, а внутренние — для записи шума, который накладывается на воспроизводимый звук в ухе пользователя. При использовании соответствующих алгоритмов обработки этих сигналов такое сочетание очень эффективно устраняет шумы в широком диапазоне частот. Дополнительным преимуществом является то, что на эффективность коррекции не влияет способ ношения наушников.
Гибридный подход к снижению шума дороже. Для того, чтобы он был эффективным, также необходимо соблюдение ряда условий. ANC реализует адаптивные алгоритмы, изменяющие параметры фильтра «на лету». Причём, чем больше микрофонов, тем лучше — продвинутые системы шумоподавления используют до четырёх. Благодаря этому более эффективно подавляется шум от источников, местоположение которых меняется — шум движущихся рядом объектов. Так что при покупке подобных устройств, по возможности ориентируйтесь именно на такой вариант шумоподавления.
