Come funziona la cancellazione del rumore nelle cuffie e perché non salva da tutti i suoni esterni

2024 Autore: Malcolm Clapton | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 04:01

La fisica spietata impedisce ai sistemi di cancellazione del rumore di creare un silenzio perfetto.

Nel 2020, a causa del passaggio al telelavoro, molte persone avevano bisogno di cuffie per comunicare con i colleghi nelle conferenze online e prendere le distanze dai membri della famiglia. I gadget con cancellazione del rumore hanno guadagnato particolare popolarità: hanno aiutato a concentrarsi meglio sul lavoro grazie al fatto che hanno ridotto il livello di rumore esterno.

Ma esistono modelli del genere da molto tempo: le cuffie per uso domestico con un sistema di eliminazione del rumore sono uscite per la prima volta già nel 1989. Più di recente, Apple ha attirato l'attenzione su questa funzionalità con il rilascio di AirPods Pro e poi di AirPods Max.

Molti si aspettano che le cuffie con cancellazione del rumore "disattivino" completamente il suono ambientale e sono delusi quando non lo fanno. Per capire perché la tecnologia non imita il pulsante Mute, devi capire come funziona.

Come funziona la cancellazione attiva del rumore

La tecnologia di cancellazione attiva del rumore è migrata agli elettrodomestici dall'esercito: già a metà del XX secolo, tali sistemi venivano utilizzati per ridurre il livello di rumore nelle cabine di pilotaggio di aerei ed elicotteri. Le prime cuffie on-ear con cancellazione attiva del rumore sono state create per gli elicotteri nel 1957.

Per l'uso domestico, la tecnologia è stata adattata da Bose: sono state le sue cuffie a diventare i pionieri della cancellazione del rumore nel mercato dell'elettronica di consumo nel 1989.

Il principio di funzionamento è il seguente: il sistema microfonico rileva il livello di rumore intorno alle cuffie, quindi un segnale con la stessa ampiezza, ma in antifase, viene riprodotto negli altoparlanti. Di conseguenza, le onde di rumore e antirumore si sopprimono a vicenda. Naturalmente, per creare un'onda antifase, le cuffie devono essere collegate a un qualche tipo di fonte di alimentazione, motivo per cui un tale sistema è chiamato attivo.

Metterlo in pratica non è così facile come sembra. Riguarda la natura stessa del suono. Generare un segnale in antifase è un compito difficile: deve essere completato in modo rapido e preciso. Veloce, perché il rumore può cambiare, ad esempio, in un bar, o le tazze bussano ai piattini o qualcuno si congratula per il suo compleanno, cioè un sottofondo sonoro volubile e devi adattarti ad esso. Esatto, perché lo scostamento tra fase e antifase può portare a spiacevoli distorsioni.

Questo è il motivo per cui la cancellazione attiva del rumore è la migliore per gestire i suoni monotoni a bassa frequenza come il ronzio dei motori degli aerei o la ventilazione. Hanno un'ampiezza più o meno costante, e la lunghezza d'onda alle basse frequenze è abbastanza grande e perdona qualche discrepanza di segnale in fase e antifase. Nel caso di un caffè, la base del rumore è creata da suoni a media e alta frequenza, per i quali la lunghezza d'onda è molto più corta e l'ampiezza cambia più bruscamente - hanno requisiti più elevati per un segnale antifase.

I moderni sistemi di cancellazione attiva del rumore non hanno ancora una potenza di calcolo sufficiente per mettere a tacere le conversazioni di estranei e il rombo improvviso. Ma gestiscono bene il rumore di fondo monotono.

Come funziona la cancellazione passiva del rumore

Oltre alla cancellazione attiva del rumore, c'è anche la cancellazione passiva del rumore. Si può dire che questo sia insonorizzazione: metti le cuffie e tutto intorno diventa attutito. Non richiede elettricità e dipende solo da quanto strettamente il dispositivo si adatta alle orecchie e alla testa. Se c'è uno spazio vuoto, si sentirà il rumore.

Ecco perché le cuffie in-ear sono dotate di diverse paia di auricolari, di dimensioni diverse: le orecchie di tutti sono diverse e, a volte, non è facile trovare i cuscinetti auricolari perfetti. Se non si siedono molto saldamente, il gadget non fornirà il livello adeguato di isolamento acustico.

Ma gli ugelli perfettamente abbinati smorzano efficacemente proprio il rumore che la cancellazione attiva del rumore non può sopportare: frequenze medie e alte, suoni acuti e improvvisi. Perché questo circuito non si basa sulla velocità dell'elettronica, ma semplicemente attutisce tutto intorno, anche se non per completare il silenzio.

Anche la cancellazione passiva del rumore gioca un ruolo significativo nelle cuffie full-size con coppe grandi. Più i padiglioni sono premuti contro la tua testa, meno rumore senti e meno persone nelle vicinanze sapranno della tua musica. Ma se puoi cambiare gli accessori inadatti per le cuffie in-ear, allora non si può fare nulla con quelli a grandezza naturale che non si adattano bene alla testa.

E tuttavia, il silenzio perfetto con un tale gadget non può essere raggiunto. La ragione sta ancora nella natura del suono e nei materiali. Il suono si propaga ovunque ci sia un mezzo. Gli ostacoli fisici possono impedirglielo, quindi puoi semplicemente coprirti le orecchie con le mani e affogare il mondo intorno.

Tuttavia, per ottenere un isolamento acustico completo, è necessario utilizzare materiali fonoassorbenti speciali.

Ricordi le grandi cuffie da costruzione indossate per proteggersi da suoni aspri come un martello pneumatico? Non c'è riempimento elettronico in loro: coprono semplicemente le orecchie, creando una barriera fisica per il rumore e liberando le mani. Allo stesso tempo, non danno ancora un silenzio completo: il martello pneumatico è udibile, anche se noioso.

Per ottenere il massimo isolamento acustico in queste cuffie, è necessario aggiungere più materiale assorbente, che le renderà notevolmente più pesanti e voluminose. Ora immagina di dover collegare tutta l'elettronica necessaria alle cuffie già in aumento di peso. Il modello diventerà molto pesante.

Certo, i produttori stanno migliorando sia i materiali con cui sono realizzate le cuffie che il loro riempimento elettronico, ma sono ancora lontani dal creare un silenzio ideale. Ora stanno cercando di trovare un equilibrio tra il comfort di utilizzo e l'efficienza delle funzioni offerte.

Cosa influenza la qualità della riduzione del rumore

Ci sono molte aziende sul mercato che offrono cuffie con cancellazione attiva del rumore, ma come fai a sapere chi ha le migliori?

Puoi dare un'occhiata alle caratteristiche. Ad esempio, più microfoni lavorano nel sistema di riduzione del rumore, più accuratamente verrà letto il livello di ronzio ambientale e più correttamente sarà costruito il segnale antifase. Più potente e moderno è il processore, più veloce sarà la risposta del sistema ai cambiamenti nel rumore circostante. In teoria.

Alcune aziende offrono persino algoritmi di riduzione del rumore personalizzati, come Sony, Bose, Samsung, Apple. Le cuffie dotate di tali sistemi, oltre ai microfoni che ascoltano il rumore all'esterno del dispositivo, dispongono anche di microfoni che raccolgono il rumore all'interno.

Durante la calibrazione, le cuffie riproducono i segnali di test e gli stessi microfoni interni leggono la risposta. Sulla base dei risultati della calibrazione, l'algoritmo di riduzione del rumore corregge il suo lavoro: ora è adattato alla geometria di orecchie e testa specifiche.

L'isolamento acustico passivo influisce anche sul funzionamento del sistema di riduzione del rumore attivo. Se le cuffie sono allentate e attraversano il rumore, il segnale antifase non funzionerà in modo altrettanto efficace. La maggior parte delle cuffie full-size con cancellazione attiva del rumore è dotata di ampi e morbidi cuscinetti auricolari che abbracciano le curve della testa per il massimo isolamento acustico.

Come non cadere nei trucchi dei marketer

Il problema con le cuffie con cancellazione del rumore è che le aziende mentono: nelle pubblicità, quando la cancellazione del rumore è attiva, la festa è sostituita da un silenzio squillante, il posto delle ruote del treno martellante è occupato da pascoli alpini sereni e il bambino che urla in il sedile successivo si dissolve nella foschia.

Ma a causa della fisica del processo di riduzione del rumore stesso, non è realistico ottenere un tale effetto. Inizialmente, a proposito, l'azienda Bose ha onestamente chiamato le sue cuffie Riduzione del rumore - "riduzione del rumore", ma poi, come altri, è passata al termine cancellazione del rumore - "cancellazione del rumore".

Di conseguenza, gli utenti, sperando nel silenzio, scendono in tali cuffie nella metropolitana, attivano la cancellazione del rumore … L'ululato del vento nel tunnel scompare, ma gli studenti che parlano di passare la sessione con l'angoscia di Stanislavsky no. E si sente il modo in cui qualcuno tossiva nelle vicinanze. Noioso, ma ancora udibile.

Dove sono i miei promessi silenzio, prati e freschezza alpina? Nei sogni. Perché la tecnologia non ha ancora raggiunto questo livello.

Allo stesso tempo, nei materiali di marketing, gli sviluppatori amano molto vantarsi del fatto che il loro sistema fornisce una riduzione del rumore, ad esempio, fino a -15 dB. La prima cosa a cui prestiamo attenzione è la parola "prima". La seconda è che non è specificato in quali condizioni questi −15 dB possono essere raggiunti. Cioè, ci sono alcune cifre, ma come confrontarle con la realtà non è molto chiaro.

Un altro trucco è la sostituzione dei concetti. Succede che nella descrizione delle cuffie, la cancellazione del rumore sia un sistema che smorza il rumore durante la trasmissione vocale durante le chiamate. Cioè, il tuo interlocutore ti ascolta più chiaramente. Ma non influisce sulla soppressione del rumore esterno durante l'ascolto della musica.

Qual è la linea di fondo

La tecnologia di cancellazione del rumore nella forma in cui viene presentata dai dipartimenti pubblicitari dei produttori di cuffie non esiste. Inoltre, l'effetto è individuale e dipende dai parametri fisici di un particolare ascoltatore. Per alcuni, le cuffie full-size forniscono un adeguato isolamento acustico passivo in modo che la cancellazione attiva del rumore funzioni bene. E in un'altra persona, ad esempio, a causa di una diversa struttura degli zigomi, le cuffie non si adatteranno così strettamente e l'algoritmo sarà inefficace. Quindi è tutto da provare.

I modelli con cancellazione attiva del rumore sono adatti a chi viaggia molto nei trasporti: su autobus, treni e aerei. La caratteristica principale di tali cuffie è la capacità di attutire il monotono ronzio a bassa frequenza, ed è lui che più spesso accompagna i viaggi. Differiscono per la cancellazione attiva del rumore di alta qualità, ad esempio:

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

Coloro che stanno cercando di fuggire da uffici e famiglie rumorose dovrebbero prestare particolare attenzione alla vestibilità delle cuffie e cercare modelli che si adattino il più possibile alla testa o al condotto uditivo. Queste cuffie riducono il livello di tutto il rumore intorno, comprese le voci. Ma non puoi sceglierli secondo un consiglio: devi provarli.

Se ti imbatti in un modello che si adatta perfettamente e comodamente e viene fornito con la cancellazione attiva del rumore, puoi rallegrarti: ottieni il meglio da entrambi i mondi. Ma non riesci ancora a ottenere il silenzio perfetto.