Цей матеріал – не редакційнийЦе – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.

Технологія активного шумозаглушення (Active Noise Cancellation, ANC) пройшла довгий шлях еволюції від військових розробок до масового споживчого продукту. 

Принцип роботи базується на простій, але геніальній ідеї: якщо “перевернути” синусоїду шуму на 180 градусів, звукові хвилі взаємно погасяться (+2-2=0). Це працює, бо звук є хвилею тиску, що складається з періодів стиснення та розрідження повітря. ANC створює “анти-шум” – звукову хвилю з такою ж амплітудою, але в протифазі до оригінального шуму. При зустрічі цих хвиль відбувається так звана деструктивна інтерференція, що призводить до їх взаємного погашення.

 

Хоча досягти абсолютного нуля неможливо через затримки в обробці сигналу, починаючи від мікрофона й до подачі сигналу з потрібним рівнем гучності, ця концепція заклала основу для всіх сучасних систем шумозаглушення.

Історія питання

У 1936 році інженер Пол Люг отримав патент №2,043,416 на систему “активного контролю шуму”. До появи цього патенту існували лише механічні методи зміщення фаз звукових коливань, тоді як Люг запропонував електроакустичний підхід, який став фундаментом сучасних систем ANC. Хоча патент було отримано, до комерційного впровадження справа не дійшла. І до практичної реалізації пройшло кілька десятиліть технологічного розвитку.

Еволюція технології ANC пройшла через кілька ключових етапів:

• 1936-1950: Концептуальна розробка та перші патенти
• 1950-1970: Військові дослідження та прототипи
• 1970-1990: Розвиток цифрових технологій та адаптивних алгоритмів
• 1990-2000: Перші комерційні продукти
• 2000-зараз: Масове впровадження та вдосконалення

Після патенту Люга технологія довгий час залишалася здебільшого теоретичною концепцією. У 1950-х роках Лоуренс Дж. Фогель запатентував системи шумозаглушення для кабін гелікоптерів та літаків. Значний прорив стався у 1957 році, коли Віллард Мікер розробив перший працюючий прототип активних навушників із шумозаглушенням в діапазоні 50-500 Гц та максимальним послабленням до 20 дБ.

Тема почала активно розвиватися, коли зросла увага до здоров’я в цивільній сфері, особливо на підприємствах з високим рівнем шуму від компресорів та пневматичного обладнання. В цьому випадку потрібно було вирішувати завдання боротьби з шумом на площаді, шляхом встановлення динаміків у приміщенні. Окремим поштовхом стала поява реактивної авіації, де виникла гостра потреба в зниженні шумового навантаження на людей – як мінімум, для військових пілотів, а згодом і цивільних пасажирів. На відміну від індустріальних рішень, тут шумоподавлення можна було робити не для всього приміщення, а у формі навушників для кожного окремого користувача.

У 1978 році доктор Амар Боуз під час польоту авіакомпанією Swissair замислився над проблемою впливу шуму двигунів на прослуховування музики в навушниках. За час польоту він розробив фундаментальні математичні принципи вирішення цієї проблеми, які згодом стали основою вже сучасної технології ANC. Мабуть, був потрібен хтось саме з підходом доктора Боуза, щоб створити справді комерційно вдалу систему шумозаглушення, адже його компанія Bose завжди була приватною і без потреби звітуватися перед акціонерами могла дозволити собі такі ризиковані складні розробки. Як казав він сам в інтерв’ю журналу Popular Science у 2004 році: “Я ніколи не починав бізнес заради грошей. Я починав бізнес, щоб мати змогу робити цікаві речі, які раніше ніхто не робив”.

Перехід від аналогової до цифрової обробки сигналів відкрив шлях до створення споживчої техніки. Технічно, ключовим проривом стало впровадження адаптивних фільтрів для генерації анти-шуму, що дозволило системам постійно пристосовуватися до змін у зовнішньому середовищі та власних компонентах. Другим важливим відкриттям стало розуміння того, що більшість штучних джерел шуму створюють періодичний або тональний шум, що значно спрощує “передбачення” точного сигналу анти-шуму. 

До кінця 1980-х років з’явилися перші комерційні навушники з активним шумозаглушенням, які могли живитися від акумуляторів або безпосередньо від бортової мережі літака – Bose Aviation Headset для пілотів. А у 2000 році компанія Bose здійснила революцію на масовому ринку, випустивши першу комерційну гарнітуру з ANC: Bose QuietComfort QC1. Вона позиціонувалася в першу чергу для тих, хто часто подорожує літаком, але здатна була глушити й інші шуми. Продукти серій Aviation Headset та QuietComfort до сих пір складають основу асортименту навушників та гарнітур Bose, хоча, звісно, пройшли багато поколінь еволюції і вже давно не унікальні з точки зору самої здатності глушити шуми – безліч виробників пропонують свої рішення такого плану.

Загальний принцип активного шумозаглушення, та сама деструктивна інтерференція, працює на будь-якому масштабі. Але головні обмеження – це точність створення анти-шуму та його потужність. Для того, щоб глушити, наприклад, шум від компресору на відкритому майданчику, потрібно розмістити величезні динаміки і передбачити, як аудіохвилі в протифазі до шуму будуть доходити до вух всіх, хто їх чує.

Дещо простіше боротися з шумами всередині автомобіля з зачиненими вікнами, адже площа салону вже порівняно невелика, розміщення слухачів в кріслах відомо, а потужність анти-шуму може бути меншою, ніж потужність зовнішнього шуму. Наприклад, у Cadillac з аудіосистемами Bose є активне шумозаглушення, яке використовує мікрофони в салоні та штатні динаміки:

Як можна здогадатися, всі подібні системи (їх називають “просторовим”, або “тривимірним шумозаглушенням”) є досить дорогими та складними. Точно не чимось таким, що можна масово запропонувати пересічному користувачу. Для найбільш прикладного використання ANC боротися з шумом треба якнайближче до вух слухача. Тобто, як це й задумав доктор Бозе – в навушниках. Таким чином можна зменшити вплив обох вищезгаданих обмежень: точність створення анти-шуму контролюється мікрофонами в точці споживання звуку (саме тому такі ANC-системи вважаються “одновимірними”), а потужність для такого індивідуального шумозаглушення потрібна набагато менша. На додачу, користувач майже гарантовано отримує ще й пасивне шумозаглушення (шумоізоляцію) завдяки конструкції самих навушників. Втім, додаються і нові виклики. Далі, ми будемо розглядати саме одновимірну реалізацію ANC у навушниках чи гарнітурах, як найбільш корисну для споживачів.

Архітектура сучасної ANC-системи в навушниках

Система активного шумозаглушення працює як високоточний цифровий оркестр, де кожен компонент виконує критично важливу роль у створенні тиші. Принципово, ANC складається з:

• одного чи декількох мікрофонів для захоплення шуму
• аналого-цифрового перетворювача (ADC)
• цифрового сигнального процесору (DSP)
• цифро-аналогового перетворювача (DAC)
• динаміку
• джерела живлення.

Перші системи ANC використовували один мікрофон зворотного зв’язку (feedback), розташований біля вуха користувача. Хоча така система ефективно заглушувала шум, вона створювала певні проблеми при відтворенні музики – адже генерування “шуму в протифазі” безпосередньо у вухо не є оптимальним рішенням для навушників. Наступним кроком стало впровадження системи feed-forward з зовнішнім мікрофоном, яка вже на рівні алгоритмів враховує пасивне шумозаглушення навушників (щільні амбушури та закриті чаші) для більш точної обробки сигналу.

Гібридні системи поєднують обидва типи мікрофонів, створюючи складну схему, який аналізує як зовнішній шум, так і звук, що досягає вуха користувача. Для цього референтний мікрофон, він же feed-forward, розташований зовні для точного захоплення навколишнього шуму, а мікрофон зворотного зв’язку (feedback) – біля вуха користувача для оцінки ефективності шумозаглушення в реальному часі. Доречі, якщо мова йде про навушники, то мікрофони розміщуються в правій та лівій чашці окремо і таким чином досягається набагато краща якість заглушення, адже навіть шум з одного джерела людина чує у стерео-режимі дещо по-різному обома вухами!

У сучасних системах може використовуватися декілька мікрофонів різного призначення (feed-forward та feed-back), кожен з яких потребує окремого тракту попередньої обробки сигналу для забезпечення точного аналізу шумового оточення. Стандартом стає використання гібридного ANC з чотирма мікрофонами (по два на кожну чашку – один feed-forward ззовні та один feed-back всередині).

Більш просунуті 6- чи 8-мікрофонні системи можуть використовувати додаткові feed-forward мікрофони для кращого збору звуку з різних напрямків, особливо спереду, де традиційне розташування мікрофонів у верхній частині чаші може бути недостатньо ефективним.

Аналогово-цифровий перетворювач (ADC) потрібен, щоб перевести у цифрову форму сигнал від мікрофону. Далі, цифровий сигнальний процесор (DSP) обробляє отриманий сигнал за допомогою відповідних алгоритмів та генерує інвертований сигнал, що за допомогою цифро-аналогового перетворювача (DAC) переводиться у струм, який подається на динамік. У сучасних навушниках цифрові блоки можуть бути об’єднані у єдиному чипі, ну а динамік для ADC використовується вже наявний в навушниках, не окремий. Тобто, чимось новим в конструкції для підтримки ANC є саме мікрофони feed-forward та feedback.

Нарешті, у списку обов’язкових компонентів ANC вище не просто так згадується джерело живлення і це дуже важливий момент. Активне шумозаглушення потребує власне живлення для роботи, бо на роботу цифрової частини системи та особливо на створення власне анти-шуму динаміком витрачається електроенергія. При цьому, якщо самі навушники традиційні, з підключенням через 3,5-мм аудіоджек, то вони отримують від підсилювача (де б він не знаходився, хоч у смартфоні, хоч у Hi-Fi-системі) рівно таку кількість енергії, яка потрібна для відтворення звуку з джерела. Тож за виключенням спеціальних рішень з живленням через електромережу літака та сучасних дротових комп’ютерних гарнітур з роз’ємом USB, всі навушники з ANC, починаючи з Bose QuietComfort, мають або вбудовані акумулятори, або відсік для батарей типу АА чи ААА – що виглядає дивно для дротових моделей. У бездротових навушниках, звісно, батарея вже є і може використовуватися для потреб ANC на додачу до загального живлення.

І тут є проблема. Залежно від ємності батареї, кількості мікрофонів та агресивності шумозаглушення (потужності анти-шуму, який потрібно створювати), на одній зарядці брендові навушники здатні працювати в середньому від 20 до 50 годин і сам по собі ANC зменшує це значення приблизно на чверть. Безіменні китайські фабрики в пошуках зниження ціни можуть ставити батареї меншої ємності, яких вистачить на 8-10 годин. Наче звучить нестрашно, адже цього вистачить на робочий день і далі пристрій можна поставити на зарядку. Але більшість виробників використовують акумулятори з ресурсом близько 300 циклів заряд-розряд – це стандарт індустрії. Враховуючи високе енергоспоживання ANC, при щоденній зарядці такий акумулятор деградує протягом року, при цьому його заміна не підпадає під гарантийний випадок. Щоб запобігти такому, HATOR в своїх сучасних моделях гарнітур з гібридним ANC (Phoenix 2 Wireless та Hyperpunk 3 Wireless) встановлює кастомні батареї з підвищеним до 500 циклів ресурсом.

Шумоізоляція (не) проти шумозаглушення

Ефективність роботи активної системи значною мірою залежить від якості фізичної конструкції навушників. У багатьох геймерських гарнітурах, особливо в ціновому сегменті до 100 доларів, використовуються амбушури, що просто натягуються на чашу. Це призводить до недостатньо щільного прилягання та проникнення зовнішніх звуків.

Важливо розуміти принципову різницю між активним та пасивним шумозаглушенням. Пасивна шумоізоляція, яка досягається простим блокуванням звуку (наприклад, при щільному встановленні навушників-вкладишів), не є справжнім шумозаглушенням. Більше того, такий підхід може створювати додатковий дискомфорт, підсилюючи вібрації, що передаються через тіло – власний голос чи кроки стають неприродно гучними через те, що вони передаються безпосередньо у заблокований вушний канал.

Критично важливим є щільне прилягання амбушурів, для чого в сучасних моделях використовується спеціальна піна з ефектом пам’яті та можливістю 3D-адаптації до форми голови. Особлива увага приділяється сумісності з окулярами – використовується glasses-friendly піна, яка забезпечує герметичність навіть при наявності дужок окулярів. Ще більш уважні до цього виробники балістичних навушників, які пропонують спеціальні амбушури з вирізами під дужки балістичних же окулярів. Загалом, тема амбушур може виглядати неочевидною для користувача, але ще навіть доктор Боуз у своєму патенті приділив цьому аспекту дуже детальну увагу. Хоча пройшло більше 40 років, цей текст навіть варто процитувати дослівно, адже він не втратив актуальності:

“Типовим матеріалом для амбушурів навушників (№15) є повільновідновлювальна поліуретанова піна з відкритими комірками. Амбушури (№15) притискаються до зовнішнього вуха (№16) на відносно великій площі, щоб забезпечити хорошу герметизацію, розподіляючи при цьому силу, необхідну для підтримки герметизації, на достатньо великій площі, щоб тиск на вухо був достатньо низьким і не викликав дискомфорту у користувача.

Матеріал з відкритими комірками та високим опором потоку має механічні переваги відкритокоміркового матеріалу для пристосування до нерівної форми вуха, забезпечуючи при цьому акустичні переваги закритокоміркового матеріалу у значному послабленні спектральних компонентів вище певної частоти в середньому діапазоні частот, наприклад, 2 кГц. Він також підтримує тиск всередині порожнини практично однорідним у цьому частотному діапазоні. Подушки, наповнені рідиною, також мають такі властивості.

Ця конструктивна схема згідно з винаходом може бути протиставлена типовим попереднім технічним рішенням, які використовують навколовушну герметизацію, що створює велику порожнину з високим тиском на голову, який виникає у відповідь на силу, необхідну для підтримки навколовушної герметизації, або подушки з відкритими комірками з низьким опором потоку, які незначно послаблюють низькочастотні сигнали. Ці порожнини попереднього рівня техніки характеризуються великою розбіжністю поля тиску і вимагають більшого відхилення діафрагми для створення заданого рівня звукового тиску, ніж потрібно для малої порожнини згідно з винаходом. Таким чином, винахід досягає кращих акустичних характеристик з меншим компактним корпусом, який є більш комфортним для користувача.”

Важливо регулярно замінювати амбушури, оскільки якість звуку залежить не лише від їх фізичного стану, але й від стану наповнювача (піни), який з часом пресується. Матеріал амбушурів також має значення – хоча тканина може бути більш комфортною влітку, PU-шкіра забезпечує набагато краще шумозаглушення.

По конструкції, внутрішньоканальні навушники можуть пасивно блокувати більше звуку, ніж накладні, оскільки вони створюють ущільнення всередині слухового каналу. Проте різниця в ефективності власне активного шумопоглинання може бути менш помітною. Навпаки, накладні навушники самі по собі не можуть значно зменшити рівень шуму, але коли вмикається активне шумопоглинання, різниця стає разючою, оскільки ізоляція від шуму більш відчутна. Втім, незалежно від того, чи це накладні чи внутрішньоканальні навушники, саме система активного шумопоглинання всередині них матиме найбільший вплив. 

Алгоритми

В суто аналоговому вигляді без ADC, DSP та DAC активне шумозаглушення існувати теоретично може, що доведено тим самим патентом Пола Люга 1936 року, але очікувати чогось більшого, ніж просто підтвердження концепції роботи деструктивної інтерференції звукових хвиль не варто через неточність відтворення та затримки. Власне, значний прорив у розвитку ANC відбувся саме завдяки впровадженню цифрових адаптивних фільтрів для генерації анти-шуму. Адаптивна фільтрація – це процес автоматичного налаштування параметрів фільтра у відповідь на зміни вхідного сигналу. Тобто фільтр постійно змінює свої характеристики, щоб оптимізувати роботу за певним критерієм якості, найчастіше – мінімізацією середньоквадратичної помилки. Це можна описати так: система має вхідний сигнал, який проходить через фільтр з певними коефіцієнтами. На виході отримуємо сигнал, який порівнюється з бажаним сигналом. Різниця між ними формує сигнал помилки, який використовується для коригування тих самих коефіцієнтів фільтра, з кожною ітерацією наближаючись до ідеалу.

Найчастіше використовують алгоритм Filtered-X Least Mean Square (FXLMS). Базовий алгоритм LMS діє як проста система корекції. При надходженні небажаного звуку система вимірює різницю між бажаним (тиша) та поточним рівнем звуку, корегує параметри фільтра на основі виявленої помилки, та повторює цикл для постійної оптимізації. В реальних навушниках з ANC використовується FXLMS, оскільки він враховує додаткові фактори. Звук від динаміка проходить через акустичний канал до мікрофона помилки, при цьому на шляху виникають зміни через резонанси та особливості конструкції навушника. FXLMS включає модель цього акустичного шляху в процес адаптації, тому система враховує як звук змінюється в конструкції навушника. Це в чомусь подібно до стрільця, який враховує вітер при пострілі. Саме тому FXLMS є стандартом для ANC – він забезпечує більш ефективне придушення шуму завдяки врахуванню реальних акустичних умов.

Головна перевага адаптивної фільтрації полягає в тому, що вона може працювати в умовах, коли характеристики сигналу або перешкод заздалегідь невідомі або змінюються з часом. Але особливо ефективним є використання цих алгоритмів як раз для періодичного шуму, оскільки кожне повторення шуму подібне до попереднього, що дозволяє створювати більш точний сигнал анти-шуму. 

Окрім адаптивної фільтрації, сучасні системи ANC використовують складний комплекс алгоритмів частотного аналізу та передбачення сигналу, адже ефективність системи значною мірою залежить від точності фазування та амплітудного узгодження. Загалом, простішим є контроль низькочастотних шумів (наприклад, гул двигунів). Високочастотні сигнали та мовний діапазон становлять більший виклик через буквальну складність їх точного відтворення динаміком у протифазі: звукові хвилі стають коротшими, швидкість реакції потрібна більша. Окрім частоти шуму, важлива ще ширина його смуги:

• Широкосмуговий шум (Broadband): розподіляє енергію рівномірно по частотному спектру, наприклад, шум реактивного двигуна або вибуху
• Вузькосмуговий шум (Narrowband): концентрує енергію на певних частотах, типовий для механічних пристроїв з обертовими частинами

Чим складніший шум, тим складніше з ним боротися.  

Варто згадати ще такий приклад переваги одновимірного ANC над просторовим: без навушників з окремими мікрофонами для правого та лівого вуха, особливо складним є шумозаглушення на частотах близько 800 Гц, що пов’язано з довжиною хвилі – на цій частоті довжина хвилі дорівнює подвійній відстані між вухами середньостатистичної людини (приблизно 21,5 см). Це створює ситуацію, коли шумозаглушення може бути ефективним для одного вуха, але призводити до підсилення шуму для іншого. У навушників цієї проблеми немає.

Ще один критично важливий фактор правильної роботи шумозаглушення – це час обробки сигналу від його отримання мікрофоном і до видачі анти-шуму, щоб хвилі саме знижували шум, а не створювали власний. В суто аналогових системах час обробки може бути мізерним, але ж якість роботи самих систем є незадовільною по інших причинах. У схемах з ADC, DSP та DAC кожний елемент вносить свою затримку. Втім, у сучасних системах про це можна вже не турбуватися. Людське вухо здатно розрізняти затримку десь в диапазоні від 1 до 100 мс в залежності від умов тестування та суб’єктивних факторів. Затримка у кращих бездротових гарнітур також складає не менше 10 мс (а при підключенні через Bluetooth може становити 100-300 мс). У старих наукових роботах по цифровому ANC можна натрапити на затримки, що також вимірювалися в міллісекундах. Але станом на 2025 рік алгоритми ANC здатні опрацьовувати звук в тисячу разів швидше: наприклад, HATOR Phoenix 2 Wireless робить це за 0,0075 мс (тобто 7,5 мкс). Тож, можна сказати, що ця проблема вже вирішена остаточно.

Параметри ефективності

ANC характеризується двома основними параметрами: глибиною (depth) та шириною (width) шумозаглушення. Хоча багато виробників акцентують увагу лише на маркетинговому показнику глибини, саме ширина є критично важливим параметром з технічної точки зору.

Глибина вимірюється в децибелах і має три основні категорії:

• Початковий рівень: 20-25 дБ (чого цілком достатньо, щоб відчути суттєвий ефект)
• Середній рівень: 25-45 дБ (80-90% шумозаглушення)
• Преміум рівень: до 85 дБ (до 99% шумозаглушення)

Важливо розуміти, що вимірювання в децибелах нелінійне – кожні 6 дБ означають подвоєння ефективності заглушення. При цьому якісне пасивне шумозаглушення може забезпечити додаткові 15-20 дБ, що робить загальну ефективність системи значно вищою.

Деякі виробники, особливо на маркетплейсах, можуть сумувати показники активного та пасивного шумозаглушення, рекламуючи, наприклад, “-52 дБ ANC”. Таке представлення даних вводить в оману щодо ефективності саме системи ANC.

Ширина шумозаглушення визначає частотний діапазон роботи системи. Більшість виробників, включаючи Bose, забезпечують роботу в діапазоні до 700 Гц. З точки зору класичного позиціонування продуктів, найбільш важливим є ANC на низьких частотах, характерних для двигунів літаків (200-400 Гц) – щоб слухати музику в польоті. Проте для ефективної роботи в офісному середовищі важлива здатність системи працювати в діапазоні людського голосу (800-1200 Гц). Передові системи можуть забезпечувати стабільне шумозаглушення до 2 кГц. Хоча ефективність шумозаглушення часто вимірюють навіть на високих частотах (6000-8000 Гц), це не є показовим, оскільки такі звуки (наприклад, свист) дуже ефективно глушаться пасивною шумоізоляцією.

Досягти 100% точності у відтворенні протифазного сигналу неможливо через неминучі затримки, які самі стають джерелом додаткового шуму. Це створює певний парадокс в стилі “Пастки-22”: боротьба з шумом призводить до появи нового шуму. При використанні ANC без відтворення контенту користувач може відчувати легкий фоновий шум та тиск на вуха.

Практична ефективність системи значно залежить від якості прилягання амбушурів – наприклад, система може працювати гірше, якщо між амбушурами та головою потрапило волосся або навушники надіто поверх шапки. Фізичний тиск на голову необхідний для забезпечення повної “герметизації” амбушурів у тривимірному просторі.

ANC проти ENC

Важливо розуміти, що мікрофони системи ANC за замовчуванням не мають нічого спільного з виносним мікрофоном гарнітури для розмов. Але навпаки це можливо – деякі моделі гарнітур дозволяють використовувати feed-forward мікрофон для запису голосу без необхідності підключати виносний мікрофон і це дуже зручно для вуличного використання гарнітури з телефоном.

Також ANC не пов’язана з системою ENC (Environmental Noise Cancellation), яка використовується для придушення навколишнього шуму при записі звуку мікрофоном. ENC може значно спотворювати звучання голосу, що не завжди прийнятно для користувачів. Наприклад, у топових гарнітурах для змагального геймінгу (вартістю 200-300 євро) звук мікрофону може бути досить посереднім через агресивне ENC, що не є оптимальним для типового домашнього використання, але чудово підходить кіберспортсменам на турнірах. У військовій сфері, де якість передачі голосу менш важлива за чіткість ENC, спотворення може бути ще більшим.

Transparency Mode та ASQC

Режим прозорості (transparency mode) є додатковою до ANC технологією, яка використовує feed-forward та feedback мікрофони, навпаки, для нівелювання пасивного шумозаглушення та дозволяє чути навколишнє середовище так, наче навушників на голові взагалі немає.

У цивільних системах мікрофон зазвичай передає весь частотний діапазон, тоді як у балістичних навушниках система може заглушувати частоти пострілів, одночасно підсилюючи частоти людського голосу. Ця технологія іменується активним контролем якості звуку (ASQC, Active Sound Quality Control). На відміну від заглушення всього диапазону аж до верхньої межі можливостей ANC, деякі застосування вимагають збереження частини шуму з бажаними спектральними характеристиками. Системи ASQC дозволяють:

• Змінювати амплітуди окремих частотних компонентів
• Формувати бажаний спектр залишкового шуму
• Контролювати окремі гармоніки періодичного шуму
• Застосовувати частотно-залежне шумозаглушення

Таким чином, ASQC дозволяє зробити вибірковий Transparency Mode для “корисних” шумів, одночасно зберігаючи шумозаглушення для небажаних.

Захист від шуму пострілу

Шум від зброї, навіть стрілецької, є надзвичайно шкідливим для людського слуху. Хоча більшість користувачів асоціюють ANC з комфортним прослуховуванням музики, технологія відіграє критичну роль у захисті слуху при роботі зі зброєю. Сучасні тактичні шоломи проектуються з урахуванням можливості встановлення активних навушників, а спеціальні кріплення для них стали стандартним елементом екіпірування у підрозділах спеціального призначення.

Досвід військового застосування технології підкреслює критичну важливість захисту слуху при роботі з джерелами імпульсного шуму. Принцип “eyes and ears” (захист очей та вух) став базовим стандартом безпеки не лише у військовій справі, але й у всіх сферах, пов’язаних з високим рівнем шумового навантаження. Скажімо, жодний поважаючий себе та аудиторію блогер на збройову тему не з’явиться в кадрі без балістичних навушників та окулярів. Нажаль, навіть у провідних арміях світу засоби захисту не входять у спорядження кожного бійця і часто відносяться до категорії “кому треба – той й купив собі”. Тож, в українській війні волонтери часто намагаються закривати потреби у якісних навушниках хоча б для артилеристів… Хоча насправді, навіть цивільний, що прийшов у тир постріляти, має розуміти критичну важливість захисту слуху. Загалом, ситуація схожа з пасками безпеки в автомобілях – вони є, але не кожний їми користується.

Отже, щоб захистити вуха від шуму пострілів чи вибухів використовують і вкладиші-беруші, і пасивні навушники для шумоізоляції, а найефективнішим засобом є так звані балістичні навушники зі специфічним вибірковим шумозаглушенням, щоб не втрачати ситуаційну обізнаність.

Активні балістичні навушники використовують комбінацію кількох методів захисту слуху:

• Пасивна шумоізоляція: На першому рівні захисту використовуються звукоізоляційні матеріали та конструкція чашок навушників, які фізично блокують проникнення звукових хвиль до вуха, особливо ефективно працюючи на високих частотах.
• Активна система шумозаглушення: Як завжди, включає мікрофони, процесор та динаміки, а живиться від з’ємних батарей стандарту ААА. Мікрофони ззовні вловлюють навколишні звуки, процесор аналізує їх характеристики, динаміки видають анти-шум – все як у цивільних продуктах. Але всі компоненти підібрані та налаштовані на виявлення різкого гучного звуку пострілу, а не на приглушення фонових шумів.
• Селективне пропускання: аналогічно цивільним ASQC, система розрізняє різні типи звуків та пропускає корисні звуки (людську мову, команди) у безпечному діапазоні гучності, одночасно блокуючи небезпечні імпульсні шуми. Це досягається за допомогою спеціальних алгоритмів обробки сигналу, які аналізують частотні та часові характеристики звуку
• Компресія звуку: Для звуків середньої інтенсивності застосовується нелінійна компресія – зниження гучності зі збереженням розбірливості. Це дозволяє чути навколишнє середовище, але на безпечному для слуху рівні.

Така комбінація методів забезпечує ефективний захист від імпульсних шумів високої інтенсивності при збереженні можливості чути важливі звуки оточення. На додачу, в залежності від ціни, балістичні навушники можуть працювати як звичайні через Bluetooth-канал, або мати додатковий мікрофон та підключення до рації. Більш детальний розгляд військових технологій виходить за межі цієї статті, але це ціла галузь і приклад дуже важливого практичного використання ANC.

NRR та інші рейтинги

Балістичні навушники, а також різноманітні індустріальні рішення для захисту від шуму механізмів і тому подібного, є хорошим приводом згадати систему вимірювання ефективності шумоізоляції та шумозаглушення. Те, що вказують виробники цивільних рішень з ANC, не є чимось науковим взагалі – це в кращому випадку результат вимірювань на певному обладнанні, який дозволяє умовно порівняти продукти одного бренду між собою. В гіршому, це взагалі якась відірвана від життя фантазія. 

І на контрасті з цим, на перший погляд, системи маркування типу американського NRR (Noise Reduction Rating) у вигляді стандарту ANSI S12.6-1997 “Methods for Measuring the Real-Ear Attenuation of Hearing Protectors” є монументальною відповіддю, що підтверджена складною лабораторною процедурою…

Нажаль, тільки на перший погляд. По-перше, таких стандартів у світі багато і вони не сумісні один з іншим.

По-друге, на кожній частоті є свій рівень зниження шуму, тож єдине число не відображає всю картину навіть за умови розрахунків за чітким галузевим стандартом. Приблизно так, як тестування комп’ютеру в 3DMark дає певне розуміння його здібностей, але не покриває всі можливі сценарії.

По-трете, всі результати ще й суб’єктивні – конкретна людина може відчувати більше або менше шумозаглушення. І це не якась статистична похибка, а різниця у десятки децибел! Більше того, стандарти навіть розділяють тренованих та нетренованих користувачів, а також, в обов’язковому порядку, на лейблах присутня обмовка накшталт “за умов правильного використання”.

Нарешті, є також галузева думка, що “занадто добре – теж не добре” і тому існує поняття надлишкового захисту:

В результаті, висновок простий та сумний: немає сенсу довіряти числам чи тестам навіть зробленим відповідно до галузевих стандартів. Їх можна використовувати для отримання певного розуміння сутності продукту, але ніщо не замінить власний досвід кожного конкретного користувача! І так ми приходимо до питання практичної користі ANC за межами військових чи промислових потреб.

Практичне застосування

Сучасний міський звуковий ландшафт насичений різноманітним фоновим шумом. Проблема настільки актуальна, що, наприклад, у Нью-Йорку скарги на шум посідають друге місце серед звернень до міської служби 311, поступаючись лише скаргам на відсутність опалення чи гарячої води. Тож ANC системи знаходять широке застосування в різних сценаріях.

У подорожах та транспорті технологія ефективно заглушує монотонний шум двигунів. Це взагалі еталонне використання (доктор Бозе був правий!) і варто лише один раз спробувати послухати музику в літаку через навушники з ANC, щоб бажати мати їх хоча б для таких цілей.

Для офісного середовища, навчальних закладів та кол-центрів важлива здатність системи працювати в більш широкому частотному діапазоні для заглушення людських голосів.

Для геймерів ANC допомагає повністю зануритися в гру, відокремившись від зовнішніх подразників, особливо коли користувач знаходиться в одному приміщенні з родиною, домашніми тваринами або іншими джерелами шуму. Відповідно до сутності шуму, найкраще всього таким гарнітурам вдається боротися з гучністю системи охолодження ПК – а вентилятори вмикаються на повну як раз під час найбільшого навантаження системи, у грі! Шумоприглушення справді вирішує цю проблему і тим самим дозволяє не шукати найтихішу відеокарту на ринку…

При прослуховуванні музики система особливо корисна для тих, хто віддає перевагу низькій гучності – ANC дозволяє не збільшувати гучність контенту, а натомість “приглушити світ”, створюючи простір для думок та насолоди музикою. Відзначається особлива ефективність при перегляді фільмів, де ANC допомагає краще сфокусуватися на діалогах, створюючи ефект повного занурення.

Соціальні та медичні аспекти

ANC створює певну ізоляцію від навколишнього середовища, що вимагає відповідального використання технології. Важливо використовувати режим прозорості (transparency mode) в ситуаціях, пов’язаних з безпекою – наприклад, при переході вулиці або взаємодії з оточуючими.

Згідно різних досліджень, технологія шумозаглушення може сприяти:

• Покращенню концентрації
• Зниженню стресу від шумового навантаження
• Поліпшенню якості сну для людей з безсонням
• Підвищенню ефективності медитативних практик

На відміну від зору, де людина можемо примружити очі у відповідь на яскраве світло, слух не має природних механізмів регулювання сприйняття гучних звуків. При цьому слух є емоційно багатим чуттям, другим після зору. Технологія ANC надає своєрідну “суперсилу” – можливість контролювати те, що чуємо.

Однак, деякі люди не люблять відчуття, яке створює активне шумопоглинання. Це явище називають “тиском у кабіні”, виникає у вухах при активації системи шумопоглинання. Воно схоже на відчуття під час зльоту та посадки літака, коли виникає різниця тиску між внутрішнім та зовнішнім вухом. ANC створює відчуття різниці тиску, що може викликати дискомфорт, ніби людина знаходиться під водою.

Майбутнє технології

Порівняно з технологіями 20-30-річної давнини, сучасні системи досягли надзвичайно низької затримки обробки. Розвиток ANC продовжується у напрямку вдосконалення алгоритмів обробки сигналу та збільшення кількості мікрофонів. Hybrid ANC, що поєднує feed-forward та feedback мікрофони, поступово витісняє більш прості схеми. Так звані 6- та 8-мікрофонні системи стають більш розповсюдженими. Все більше з’являється моделей з ANC у форматі TWS-навушників, причому з подачі найбільшого популярізатора самого формату TWS – компанії Apple. 

На більш технічному рівні напрямки вдосконалення ANC включають:

• Розширення ефективного частотного діапазону
• Покращення алгоритмів для роботи з непередбачуваним шумом
• Зниження енергоспоживання
• Інтеграція з системами доповненої реальності
• Розвиток персоналізованих алгоритмів адаптації

Важливо зазначити, що незважаючи на всі переваги, ANC може не підходити всім користувачам через індивідуальну чутливість до створюваного системою тиску на вуха. Цей дискомфорт є суб’єктивним відчуттям, і єдиний спосіб визначити індивідуальну сумісність – це особисто протестувати будь-яку гарнітуру з ANC перед придбанням.

Сучасні системи ANC представляють собою вражаючий приклад того, як військові технології можуть бути адаптовані для повсякденного використання, покращуючи якість життя цивільних користувачів. Постійний розвиток технології, вдосконалення алгоритмів та збільшення обчислювальної потужності чіпсетів дозволяють створювати все більш ефективні рішення для різних сценаріїв використання. При цьому важливо пам’ятати про відповідальне використання технології, враховуючи як її переваги, так і потенційні обмеження, особливо в контексті соціальної взаємодії та безпеки.

Цей матеріал – не редакційнийЦе – особиста думка його автора. Редакція може не розділяти цю думку.