ANC في سماعات الأذن الداخلية: كيف يعمل إلغاء الضوضاء النشط

عند تقييم زوج من السماعات الداخلية، قد تلاحظ أن تشغيل ANC، أي إلغاء الضوضاء النشط، يخفف بوضوح الطنين المنخفض لمكيف الهواء، بينما يظل صوت شخص يتحدث بالقرب منك مسموعًا. ما سبب هذا الاختلاف؟ يساعد فهمه على معرفة ما تغيره خاصية إلغاء الضوضاء تحديدًا.

في Yinshidon، يدفعنا عملنا في تطوير السماعات الكاملة وتصنيعها إلى النظر إلى إلغاء الضوضاء باعتباره جزءًا من السماعة بأكملها. تلتقط الميكروفونات الصوت، ويحسب المعالج إشارة تعويض، ثم يحول مكبر الصوت هذه الإشارة إلى صوت. كما يؤثر إحكام طرف السماعة داخل الأذن في كيفية دخول الصوت إلى القناة السمعية. يعمل ANC ضمن الظروف الصوتية التي تنشأ عن عمل هذه الأجزاء معًا.

كيف يقلل ANC الضوضاء داخل الأذن

يجعل ANC السماعة تنتج صوتًا تعويضيًا، يسمى غالبًا الصوت المضاد، لتقليل الضوضاء المحيطة داخل الأذن. ويعتمد ذلك أساسًا على تراكب الضغوط الصوتية: أثناء انتشار الصوت، يرتفع ضغط الهواء وينخفض حول قيمة اتزانه. وعندما يصل صوتان إلى النقطة نفسها في الوقت نفسه، تتجمع تغيرات الضغط الناتجة عنهما.

التردد هو عدد دورات الضغط في الثانية. لنأخذ صوتًا ذا تردد واحد. عندما ترفع الضوضاء الضغط عند نقطة معينة، يخفضه الصوت المضاد؛ وعندما تخفض الضوضاء الضغط، يرفعه الصوت المضاد. إذا تساوت سعتاهما وكانت تغيرات الضغط متعاكسة، أمكن أن يلغي أحدهما الآخر عند تلك النقطة. تسمى هذه العلاقة تعاكس الطور. يحتوي المنحنيان في الرسم على العدد نفسه من الدورات، لكن قمم أحدهما تقابل قيعان الآخر.

في السماعة الفعلية، يجب أن يحدث هذا الإلغاء داخل الأذن بأكبر فاعلية ممكنة. يحول الميكروفون الصوت الذي يلتقطه إلى إشارة كهربائية. تعالج وحدة التحكم هذه الإشارة وتشغل مكبر الصوت لإنتاج الصوت المضاد. وأثناء انتقال الصوت عبر السماعة والقناة السمعية، تتغير سعته ووقت وصوله. يجب أن تراعي وحدة التحكم هذه التغيرات لكي يتوافق الصوت المضاد مع الضوضاء قدر الإمكان عند وصوله إلى الأذن.

لذلك لا يقتصر ANC على عكس ما يستقبله الميكروفون وإعادة تشغيله. إذا كانت سعة الصوت المضاد غير مناسبة أو وصل في الوقت الخطأ، تبقى بعض الضوضاء بعد تراكب الصوتين. يوضح النصف السفلي من الرسم هذا الضغط الصوتي المتبقي. تحتوي البيئات الحقيقية على ترددات كثيرة، وقد تتغير مصادر الصوت وطريقة ارتداء السماعات. لذا فإن الحفاظ على إلغاء فعال أكثر تعقيدًا بكثير من مثال التردد الواحد الموضح هنا.

أنظمة ANC الاستباقية والارتجاعية والهجينة: ماذا يلتقط كل ميكروفون؟

لحساب الصوت المضاد، يحتاج النظام أولًا إلى معلومات عن الضوضاء. ولضبط النتيجة، يمكنه أيضًا مراقبة الصوت داخل الأذن. ويكمن الاختلاف الرئيسي بين ANC الاستباقي والارتجاعي والهجين في إشارات الميكروفونات التي يستخدمها كل منها.

يمكن لـ ANC الاستباقي التقاط الصوت الخارجي مبكرًا. لكن الإشارة عند الميكروفون الخارجي لا تطابق تمامًا الصوت الذي يصل إلى الأذن بعد مروره عبر السماعة. وقد تؤدي تغيرات الإحكام أو اتجاه الضوضاء إلى تقليل دقة التعويض الحالي.

يلتقط ميكروفون التغذية الراجعة باستمرار الصوت بالقرب من القناة السمعية، بما في ذلك الضوضاء المتبقية بعد الإلغاء والموسيقى التي يشغلها مكبر الصوت. تعود هذه الإشارة إلى وحدة التحكم وتسهم في توليد إشارة الصوت المضاد التالية، فتتشكل حلقة تغذية راجعة. يجب أن تدير وحدة التحكم التفاعل بين الموسيقى وإلغاء الضوضاء مع الحفاظ على استقرار الحلقة لتجنب الصفير الناتج عن التغذية الراجعة. يسمح ANC الهجين بعمل الطريقتين معًا، لكن النتيجة النهائية تظل مرتبطة بالتصميم الصوتي والضبط المحددين.

لماذا يخف الهدير المنخفض بينما تظل الأصوات البشرية مسموعة؟

يكون ANC عادة أفضل في تقليل المكونات المستمرة منخفضة التردد لأصوات مثل المحركات ومكيفات الهواء. تستغرق الموجة الصوتية منخفضة التردد وقتًا أطول لإتمام كل دورة، مما يسهل على النظام الحفاظ على علاقة الطور المناسبة بين الصوت المضاد والضوضاء.

كلما ارتفع التردد، تسارعت دورات الضغط الصوتي. عندئذ يشغل تأخير المعالجة نفسه جزءًا أكبر من كل دورة، فيصعب ضبط توافق الصوت المضاد مع الضوضاء. كما تزيد تغيرات الاستجابة الصوتية داخل الأذن عند الترددات الأعلى صعوبة التحكم. لهذا السبب، تحتاج السماعات الفعلية غالبًا إلى أن يعمل التعويض النشط إلى جانب العزل السلبي الذي توفره أطراف السماعات وهياكلها.

يتكون الكلام من ترددات كثيرة، وتتغير شدته وطريقة نطقه باستمرار. يمكن لـ ANC تقليل بعض هذه المكونات، لكن قد يبقى قدر كاف من الصوت لسماع الكلام. لا يوجد تناقض بين انخفاض الهدير المنخفض واستمرار سماع الأصوات البشرية. وهذا لا يعني أن الكلام نوع من الضوضاء لا يمكن تقليله إطلاقًا.

كما أن رقمًا واحدًا لأقصى خفض للضوضاء لا يعني أن جميع الأصوات ستنخفض بالمقدار نفسه. يعتمد التغير الذي يسمعه المستخدم فعلًا على مقدار التوهين عند الترددات المختلفة، والبيئة الصوتية، ومدى إحكام السماعات.

إحكام أطراف السماعات جزء من إلغاء الضوضاء

عندما يلائم طرف السماعة القناة السمعية، فإنه يمنع جزءًا من الصوت الخارجي من الدخول. هذا هو العزل السلبي للضوضاء. لا يحتاج إلى حسابات من وحدة تحكم، ويمكن أن يعمل إلى جانب ANC.

تسمح الفجوة بدخول مزيد من الصوت المحيط إلى الأذن. كما تغير الاستجابة الصوتية للصوت الذي ينتجه مكبر الصوت داخل الأذن، خصوصًا عند الترددات المنخفضة. ولذلك تتأثر الضوضاء والصوت المضاد معًا، وقد تنتج إعدادات ANC نفسها نتائج مختلفة.

يفسر ذلك لماذا قد يؤدي استخدام أطراف بالحجم المناسب أو تعديل وضع ارتداء السماعات إلى تغير الإحساس بإلغاء الضوضاء. ينبغي أن يكون التثبيت مريحًا ومستقرًا ومحكمًا؛ وليس الحل إدخال السماعات أعمق فأعمق. عند مقارنة زوجين من السماعات أو إعدادين للضبط الصوتي، حافظ قدر الإمكان على ثبات الأطراف، ووضع الارتداء، ونمط ANC، وظروف الضوضاء. وإلا صعب تحديد ما إذا كان التغير ناتجًا عن الضبط أم عن تسرب الصوت.

ANC وتقليل ضوضاء المكالمات يحسنان الصوت عند طرفين مختلفين

يقلل ANC أساسًا الصوت المحيط داخل أذني مرتدي السماعات، فيجعل الاستماع أكثر هدوءًا له. أما تقليل ضوضاء المكالمات فيعالج إشارة الميكروفون التي سترسل إلى الشخص في الطرف الآخر من المكالمة. ويقلل التشويش الخلفي في تلك الإشارة حتى يسمع الطرف الآخر المتحدث بوضوح أكبر.

يمكن أن تعمل الوظيفتان معًا في زوج السماعات نفسه، لكنهما تعالجان أصواتًا مختلفة وترسلان النتائج إلى وجهات مختلفة. سماع شخص آخر صوتك بوضوح لا يثبت قوة ANC داخل أذنك. وبالمثل، لا تثبت تجربة استماع هادئة وحدها أن الميكروفونات تلتقط كلامًا واضحًا للمكالمات. عند تقييم خاصية لتقليل الضوضاء، حدد أولًا الطرف الذي تحسن الصوت لديه، ثم انظر إلى الفرق الذي تحدثه في ظروف البيئة والإحكام الفعلية.