Comment la suppression du bruit fonctionne dans les écouteurs et pourquoi elle ne vous sauve pas de tous les sons externes
Miscellanea / / May 15, 2021
La physique impitoyable empêche les systèmes d'annulation du bruit de créer un silence parfait.
En 2020, en raison de la transition vers le télétravail, de nombreuses personnes avaient besoin d'écouteurs pour communiquer avec leurs collègues lors de conférences en ligne et se distancer des membres de leur foyer. Les gadgets avec suppression du bruit ont acquis une popularité particulière: ils ont aidé à mieux se concentrer sur le travail en raison du fait qu'ils ont réduit le niveau de bruit externe.
Mais il existe depuis longtemps de tels modèles: les écouteurs ménagers avec système de réduction du bruit sont sortis dès 1989. Plus récemment, Apple a attiré l'attention sur cette fonctionnalité avec la sortie d'AirPods Pro, puis AirPods Max.
Beaucoup s'attendent à ce que les écouteurs à réduction de bruit «coupent» complètement le son ambiant, et sont déçus quand ils ne le font pas. Pour comprendre pourquoi la technologie n'imite pas le bouton Muet, vous devez comprendre son fonctionnement.
Fonctionnement de la suppression active du bruit
La technologie d'annulation active du bruit a migré vers les appareils électroménagers de l'armée: déjà au milieu du 20e siècle, de tels systèmes étaient utilisés pour réduire le niveau de bruit dans les cockpits des avions et des hélicoptères. Les premiers écouteurs à réduction de bruit active sur l'oreille ont été créésL'histoire des écouteurs pour les hélicoptères en 1957.
Pour un usage domestique, la technologie a été adaptée par Bose - ce sont ses écouteurs qui sont devenus les pionniers de la réduction du bruit sur le marché de l'électronique grand public en 1989.
Le principe de fonctionnement est le suivant: le système de microphone détecte le niveau de bruit autour du casque, puis un signal de même amplitude, mais en antiphase, est reproduit dans les haut-parleurs. En conséquence, les ondes de bruit et d'anti-bruit se suppriment mutuellement. Bien sûr, pour qu'une onde antiphase soit créée, il est nécessaire que le casque soit connecté à une sorte de source d'alimentation, c'est pourquoi un tel système est appelé actif.
Sa mise en œuvre dans la pratique n’est pas aussi simple qu’il y paraît. Tout dépend de la nature même du son. Générer un signal en antiphase est une tâche difficile: elle doit être effectuée rapidement et avec précision. Rapide, car le bruit peut changer, par exemple dans un café, soit les tasses frappent sur les soucoupes, soit quelqu'un est félicité pour son anniversaire, c'est-à-dire inconstant fond sonore et vous devez vous y adapter. Exactement, car l'écart entre phase et antiphase peut conduire à une distorsion désagréable.
C'est pourquoi l'annulation active du bruit est la meilleure pour traiter les sons monotones à basse fréquence comme le bourdonnement des moteurs d'avion ou de la ventilation. Ils ont une amplitude plus ou moins constante, et la longueur d'onde aux basses fréquences est assez grande et pardonne une certaine différence de signal en phase et en antiphase. Dans le cas d'un café, la base du bruit est créée par des sons à moyenne et haute fréquence, pour lesquels la longueur d'onde est beaucoup plus courte et l'amplitude change plus brusquement - ils ont des exigences plus élevées pour un signal antiphase.
Les systèmes modernes d'annulation active du bruit n'ont pas encore assez de puissance de calcul pour faire taire les conversations des étrangers et le grondement soudain. Mais ils gèrent bien le bruit de fond monotone.
Comment fonctionne l'annulation passive du bruit
En plus de l'annulation active du bruit, il existe également une annulation passive du bruit. C'est, pourrait-on dire, l'insonorisation: vous mettez des écouteurs - et tout autour devient étouffé. Il ne nécessite pas d'électricité et dépend uniquement de la façon dont l'appareil s'adapte aux oreilles et à la tête. S'il y a un espace, le bruit sera entendu.
C'est pourquoi compléter avec écouteurs intra-auriculaires il existe plusieurs paires d'écouteurs à la fois, de tailles différentes: les oreilles de chacun sont différentes, il n'est parfois pas facile de trouver les coussinets d'oreille parfaits. S'ils ne reposent pas très fermement, le gadget ne fournira pas le niveau d'isolation acoustique approprié.
Mais des buses parfaitement adaptées amortissent efficacement exactement le bruit que la suppression active du bruit ne peut pas faire face: fréquences moyennes et hautes, sons nets et soudains. Parce que ce schéma ne repose pas sur la vitesse de l'électronique, mais étouffe simplement tout autour, mais pas pour compléter le silence.
L'annulation passive du bruit joue également un rôle important dans les écouteurs de taille normale avec de grandes oreillettes. Plus les coussinets d'oreille sont serrés contre votre tête, moins vous entendez de bruit et moins les personnes à proximité connaîtront votre musique. Mais si vous pouvez changer les accessoires inappropriés pour les écouteurs intra-auriculaires, rien ne peut être fait avec des écouteurs de taille normale qui ne s'adaptent pas bien à la tête.
Et tout de même, un silence parfait avec un tel gadget ne peut être atteint. La raison réside encore une fois dans la nature du son et dans les matériaux. Le son se propage partout où il y a un environnement. Les obstacles physiques peuvent interférer avec cela, vous pouvez donc simplement fermer oreilles mains et noyer le monde autour.
Cependant, pour obtenir une isolation phonique complète, des matériaux insonorisants spéciaux doivent être utilisés.
Vous vous souvenez des gros écouteurs de construction portés pour protéger contre les sons durs comme un marteau-piqueur? Il n'y a pas de remplissage électronique - ils couvrent simplement les oreilles, créant une barrière physique contre le bruit et libérant vos mains. En même temps, ils ne donnent toujours pas un silence complet: le marteau-piqueur est audible, bien que terne.
Pour tirer le maximum de ces écouteurs insonorisation, vous devez ajouter plus de matériau absorbant, ce qui les rendra nettement plus lourds et plus volumineux. Imaginez maintenant que vous devrez connecter toute l'électronique nécessaire aux écouteurs qui prennent déjà du poids. Le modèle deviendra très lourd.
Bien sûr, les fabricants améliorent à la fois les matériaux à partir desquels les écouteurs sont fabriqués et leur remplissage électronique, mais ils sont encore loin de créer un silence idéal. Maintenant, ils essaient de trouver un équilibre entre le confort d'utilisation et l'efficacité des fonctions proposées.
Qu'est-ce qui affecte la qualité de la réduction du bruit
Il existe de nombreuses entreprises sur le marché proposant des écouteurs à réduction de bruit active, mais comment savoir qui a le meilleur?
Vous pouvez jeter un œil aux caractéristiques. Par exemple, plus il y a de microphones fonctionnant dans le système de réduction du bruit, plus le niveau de bourdonnement ambiant sera lu avec précision et plus le signal antiphase sera construit correctement. Plus le processeur est puissant et moderne, plus le système répondra rapidement aux changements de bruit autour. En théorie.
Certaines entreprises proposent même des algorithmes de réduction du bruit personnalisés, tels que Sony, Bose, Samsung, Apple. Les casques équipés de tels systèmes, en plus des microphones qui écoutent le bruit à l'extérieur de l'appareil, ont également des microphones qui captent le bruit à l'intérieur.
Pendant l'étalonnage, les écouteurs reproduisent les signaux de test et les mêmes microphones internes lisent la réponse. Sur la base des résultats de l'étalonnage, l'algorithme de réduction du bruit corrige son travail: il est maintenant ajusté à la géométrie des oreilles et de la tête spécifiques.
L'isolation acoustique passive affecte également le fonctionnement du système de réduction active du bruit. Si les écouteurs sont lâches et passent à travers le bruit, le signal antiphase ne fonctionnera pas aussi efficacement. La plupart des écouteurs à réduction de bruit active de taille normale sont dotés de grands coussinets doux qui épousent les courbes de votre tête pour une isolation acoustique maximale.
Comment ne pas tomber dans les trucs des marketeurs
Le problème avec les casques à réduction de bruit est que les entreprises sont rusées: dans les publicités, lorsque la réduction de bruit est activée, la fête change le silence retentissant, la place des roues du train qui battent est occupée par les prairies alpines sereines, et le bébé qui hurle sur le siège suivant se dissout dans brume.
Mais en raison de la physique du processus de réduction du bruit lui-même, il n'est pas réaliste d'obtenir un tel effet. Au départ, en passant, la société Bose appelait honnêtement ses écouteurs Noise-Reducing - «réduction du bruit», mais ensuite, comme d'autres, elle est passée au terme Noise-Canceling - «noise cancelling».
En conséquence, les utilisateurs, en espérant le silence, descendent dans de tels écouteurs pour Métro, activez la réduction du bruit... Le hurlement du vent dans le tunnel disparaît, mais les étudiants qui parlent de passer la séance avec l'angoisse de Stanislavsky ne le font pas. Et la façon dont quelqu'un toussait à proximité peut être entendue. Terne, mais toujours audible.
Où sont mes promesses de silence, de prairies et de fraîcheur alpine? Dans les rêves. Parce que la technologie n'a pas encore atteint ce niveau.
Dans le même temps, dans les supports marketing, les développeurs aiment beaucoup se vanter du fait que leur système offre une réduction du bruit, par exemple jusqu'à -15 dB. La première chose à laquelle nous prêtons attention est le mot «avant». La seconde est qu'il n'est pas précisé dans quelles conditions il est possible d'atteindre ces -15 dB. Autrement dit, il y a des chiffres, mais comment les comparer avec la réalité n'est pas très clair.
Une autre astuce est la substitution de concepts. Il arrive que dans la description des écouteurs, la suppression du bruit soit appelée un système qui atténue le bruit pendant la transmission vocale pendant les appels. Autrement dit, votre interlocuteur vous entend plus clairement. Mais cela n'affecte pas la suppression du bruit externe lors de l'écoute de musique.
Quelle est la ligne de fond
Technologie de réduction du bruit sous la forme dans laquelle elle est présentée par les services de publicité des fabricants casque de musique, n'existe pas. De plus, son effet est individuel et dépend des paramètres physiques d'un auditeur particulier. Pour certains, les écouteurs pleine grandeur offrent une isolation acoustique passive adéquate pour que la suppression active du bruit fonctionne bien. Et chez une autre personne, par exemple, en raison d'une structure différente des pommettes, les écouteurs ne s'adapteront pas si étroitement et l'algorithme sera inefficace. Donc, tout doit être essayé.
Les modèles avec suppression active du bruit conviennent à ceux qui voyagent beaucoup dans les transports: dans les bus, les trains et les avions. La principale caractéristique de ces écouteurs est la capacité d'étouffer le bourdonnement monotone des basses fréquences, et c'est lui qui accompagne le plus souvent les voyages. Ils diffèrent par une suppression active du bruit de haute qualité, par exemple:
- Sony WH - 1000XM4,
- Soundcore Liberty Air 2 Pro,
- Sennheiser Momentum True Wireless 2,
- Marshall Monitor II ANC,
- Samsung Galaxy Buds Pro.
Ceux qui tentent de s'échapper des bureaux et des foyers bruyants doivent porter une attention particulière à l'ajustement des écouteurs et rechercher des modèles qui s'adaptent le plus possible à la tête ou au conduit auditif. Ces écouteurs réduisent le niveau de tout le bruit autour, y compris les voix. Mais vous ne pouvez pas les choisir selon les conseils: vous devez les essayer.
Si vous tombez sur un modèle parfaitement ajusté et doté de la fonction Active Noise Cancellation, vous pouvez vous réjouir: vous obtenez le meilleur des deux mondes. Mais vous ne pouvez toujours pas atteindre un silence parfait.
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