سیستمهای حذف نویز فیدفوروارد، فیدبک و هیبریدی: محل قرارگیری میکروفون چگونه بر کیفیت صدا و حذف نویز تاثیر میگذارد
محل قرارگیری فیزیکی میکروفون هدفون تعیین میکند که کدام فرکانسها حذف شوند و موسیقی شما چقدر دچار اعوجاج شود. درک تفاوت بین معماریهای فیدفوروارد، فیدبک و هیبریدی نشان میدهد که چرا برخی از هدفونهای ردهبالا در مسدود کردن صدای موتور هواپیما عالی عمل میکنند، در حالی که برخی دیگر برای همهمههای دفتر کار مناسبترند.
به قلم آناهیتا طباطبایی
این خبر را به اشتراک بگذارید
بهطور خلاصه
- محل قرارگیری فیزیکی میکروفون تعیین میکند که یک هدفون کدام فرکانسها را میتواند با موفقیت حذف کند.
- سیستمهای فیدفوروارد از میکروفونهای خارجی برای مسدود کردن نویزهای فرکانس بالا استفاده میکنند، اما در صورت از بین رفتن عایقبندی روی گوش، قادر به اصلاح خودکار نیستند.
- سیستمهای فیدبک میکروفون را داخل کاپ هدفون قرار میدهند تا صدای بم و لرزشهای فرکانس پایین را از بین ببرند، هرچند ممکن است کیفیت موسیقی را تغییر دهند.
لحظه تعیینکننده برای هر هدفون دارای قابلیت حذف نویز فعال (ANC) قبل از نوشتن حتی یک خط کد پردازش سیگنال دیجیتال رخ میدهد: این لحظه همان محل قرارگیری فیزیکی میکروفون است. اینکه سازنده میکروفون را بیرون کاپ هدفون، داخل محفظه بلندگو یا در هر دو مکان قرار دهد، دقیقاً تعیین میکند که هدست کدام فرکانسها را میتواند مسدود کند و قیمت آن چقدر خواهد بود. این انتخاب معماری، تفاوت بین هدفونی است که صدای موتور جت را کاملاً ساکت میکند و هدفونی که فقط آن را خفه میکند.[1][7]
حذف نویز فعال بر اساس اصلی به نام تداخل مخرب کار میکند. یک میکروفون به نویز محیط گوش میدهد و یک پردازنده موج صوتی با فاز دقیقاً مخالف تولید میکند. وقتی این دو موج با هم برخورد میکنند، یکدیگر را خنثی میکنند. اما پردازنده فقط میتواند صدایی را معکوس کند که میکروفون واقعاً میشنود.[1][6]
این موضوع ما را به اولین و رایجترین معماری میرساند: حذف نویز فیدفوروارد. در یک سیستم فیدفوروارد، میکروفون در قسمت بیرونی کاپ هدفون قرار میگیرد. این میکروفون نویز را قبل از گوش شما میشنود و به پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) کسری از میلیثانیه فرصت میدهد تا صدا را تحلیل کند، فاز را معکوس کرده و آن را از طریق بلندگو پخش کند.[1][3]
از آنجا که میکروفون فیدفوروارد در بیرون قرار دارد، در ایزوله کردن نویزهای قابل پیشبینی و فرکانس بالا عالی عمل میکند. بر اساس دادههای مهندسی آکوستیک از شرکت Ole Wolff Electronics، سیستمهای فیدفوروارد در مدیریت فرکانسهای تا ۱ الی ۲ کیلوهرتز بسیار موثر هستند. این ویژگی آنها را برای مسدود کردن صدای مداوم کولر گازی یا زوزه پنکه ایدهآل میکند.[4]
با این حال، سیستمهای فیدفوروارد یک نقطه کور حیاتی دارند. چون میکروفون در بیرون قرار دارد، نمیتواند آنچه را که واقعاً داخل کاپ گوش اتفاق میافتد بشنود. اگر سیگنال ضد نویز کمی خطا داشته باشد، یا اگر هدفون روی سر شما جابهجا شود و عایقبندی آکوستیک تغییر کند، سیستم فیدفوروارد هیچ راهی برای اصلاح خود ندارد. این سیستم فقط به پمپاژ موج معکوس ادامه میدهد که گاهی اوقات میتواند به جای حذف نویز، آن را تقویت کند.[1][6]
علاوه بر این، میکروفونهای فیدفوروارد به شدت در برابر صدای باد آسیبپذیر هستند. وزش بادی که به میکروفون خارجی برخورد میکند، یک صدای بم بلند و فرکانس پایین ایجاد میکند که پردازنده سعی در حذف آن دارد و در نتیجه یک انفجار آزاردهنده از ضد نویز را مستقیماً به گوش کاربر میفرستد.[1]
برای حل مشکل اصلاح خودکار، مهندسان حذف نویز فیدبک را توسعه دادند. در این معماری، میکروفون داخل کاپ گوش قرار میگیرد و تا حد امکان به درایور بلندگو و مجرای گوش کاربر نزدیک میشود.[3][6]
میکروفون فیدبک دقیقاً همان چیزی را میشنود که کاربر میشنود؛ یعنی ترکیبی از موسیقی در حال پخش و نویز محیطی که از پدهای گوش نفوذ کرده است. این امر به سیستم اجازه میدهد تا عملکرد خود را به طور مداوم نظارت کند. اگر حذف نویز کاملاً هماهنگ نباشد، حلقه فیدبک خطا را تشخیص داده و سیگنال ضد نویز را در لحظه تنظیم میکند.[3][4]
این قرارگیری داخلی باعث میشود سیستم فیدبک در حذف نویزهای بم فرکانس پایین، معمولاً در محدوده ۲۰ هرتز تا ۵۰۰ هرتز، فوقالعاده خوب عمل کند. وقتی در قطار یا هواپیما نشستهاید، صدای عمیق و لرزان موتور توسط یک سیستم فیدبک به بهترین شکل مدیریت میشود. شرکت David Clark که هدستهای هوانوردی طراحی میکند، برای محافظت از خلبانان در برابر غرش بیوقفه و فرکانس پایین موتورهای هواپیما، به شدت به این نظارت داخلی متکی است.[4][5]
اما سیستم فیدبک بینقص نیست. چون میکروفون داخل کاپ قرار دارد، در کنار نویز بیرون، به موسیقی در حال پخش شما نیز گوش میدهد. پردازنده باید موسیقی را با دقت فیلتر کند تا به طور تصادفی نتهای بیس آهنگ مورد علاقه شما را حذف نکند. اگر این فیلتر کردن دقیق نباشد، سیستم فیدبک میتواند کیفیت صدا را به شدت کاهش دهد و گرما و عمق موسیقی را از بین ببرد.[1][3]
علاوه بر این، سیستمهای فیدبک مستعد پدیدهای به نام زوزه هستند. اگر هدفون عایقبندی خود را از دست بدهد (مثلاً به این دلیل که کاربر عینک ضخیم زده یا سر خود را به شدت میچرخاند)، میکروفون داخلی میتواند خروجی بلندگو را دریافت کرده و یک حلقه فیدبک با صدای زیر ایجاد کند، درست شبیه به زمانی که یک میکروفون روی صحنه بیش از حد به بلندگوی سیستم صوتی نزدیک میشود.[1]
راهحل نهایی که امروزه در تقریباً تمام هدفونهای ردهبالا یافت میشود، حذف نویز هیبریدی است. همانطور که از نام آن پیداست، سیستمهای هیبریدی از هر دو میکروفون فیدفوروارد و فیدبک استفاده میکنند.[3][5]
با قرار دادن میکروفونها در هر دو قسمت بیرونی و داخلی کاپ گوش، سیستم هیبریدی نقاط قوت هر دو معماری را ترکیب میکند. میکروفون فیدفوروارد خارجی نویزهای فرکانس بالا را زودتر دریافت میکند، در حالی که میکروفون فیدبک داخلی نویزهای بم فرکانس پایین را پاکسازی کرده و هرگونه خطایی در سیگنال ضد نویز را اصلاح میکند.[1][5][6]
یک مطالعه در سال ۲۰۲۲ که در مجله آکوستیک DAGA در مورد هدفونهای فیدفوروارد چندکاناله منتشر شد، تاکید کرد که بهینهسازی موقعیت میکروفون در چندین گره، پهنای باند موثر حذف نویز را به میزان قابل توجهی گسترش میدهد. سیستمهای هیبریدی میتوانند نویز را در طیف بسیار وسیعتری، از ۲۰ هرتز تا ۳ کیلوهرتز، به طور قابل اعتمادی کاهش دهند و اثر مخروط سکوت را که خریداران محصولات ردهبالا انتظار دارند، فراهم کنند.[2][7]
هزینه و پیچیدگی، بهای این حذف نویز جامع است. سیستمهای هیبریدی به دو یا چند میکروفون در هر کاپ گوش، پردازندههای سیگنال دیجیتال پیشرفتهتر برای مدیریت جریانهای صوتی دوگانه و قدرت باتری بسیار بیشتری نیاز دارند. به همین دلیل است که این سیستم معمولاً مختص مدلهای پرچمدار با قیمت بالای ۲۵۰ دلار است.[3][7]
سیستمهای هیبریدی به دو یا چند میکروفون در هر کاپ گوش، پردازندههای سیگنال دیجیتال پیشرفتهتر برای مدیریت جریانهای صوتی دوگانه و قدرت باتری بسیار بیشتری نیاز دارند.
برای مصرفکنندگان، نکته کاربردی این است که معماری را با محیط تطبیق دهند. اگر برای یک دفتر کار نسبتاً ساکت به هدفونهای مقرونبهصرفه نیاز دارید تا صدای سیستم تهویه مطبوع را مسدود کنید، یک جفت هدفون ساده فیدفوروارد کافی خواهد بود. اگر زیاد پرواز میکنید و با صدای بم و عمیق موتور سروکار دارید، اطمینان از اینکه هدست شما حداقل دارای مکانیزم فیدبک (یا در حالت ایدهآل یک سیستم هیبریدی) باشد، غیرقابل مذاکره است.[6][7]
درک محل قرارگیری میکروفون، شما را از سردرگمی در اصطلاحات بازاریابی نجات میدهد. یک سازنده میتواند به الگوریتمهای اختصاصی و کاهش نویز مبتنی بر هوش مصنوعی ببالد، اما قوانین فیزیکی آکوستیک مطلق باقی میمانند. محل قرارگیری میکروفون تعیین میکند که پردازنده چه چیزی را میتواند بشنود، و آنچه را که نتواند بشنود، نمیتواند حذف کند.[7]
اصطلاحات کلیدی
- تداخل مخرب
- اصل آکوستیکی که در آن دو موج صوتی با فرکانس کاملاً یکسان اما فازهای مخالف با هم برخورد کرده و یکدیگر را خنثی میکنند.
- پردازنده سیگنال دیجیتال
- ریزتراشه داخل هدفون که نویز ورودی را تحلیل کرده و موج دقیق ضد نویز مورد نیاز برای حذف آن را محاسبه میکند.
- وارونگی فاز
- فرآیند وارونه کردن یک موج صوتی به طوری که قلههای آن با درههای نویز اصلی مطابقت داشته باشد و منجر به سکوت شود.
- زوزه فیدبک
- یک صدای سوت زیر که زمانی ایجاد میشود که میکروفون داخلی به طور تصادفی خروجی بلندگو را دریافت کرده و آن را در یک حلقه پیوسته تقویت میکند.
پرسشهای متداول
آیا هدفونهای دارای حذف نویز میتوانند به شنوایی شما آسیب برسانند؟
خیر، این هدفونها به شنوایی شما آسیب نمیرسانند. با حذف نویز پسزمینه، آنها در واقع به شما اجازه میدهند بدون نیاز به رقابت با صدای محیط، به موسیقی با ولومهای پایینتر و ایمنتر گوش دهید.
چرا هنگام استفاده از حذف نویز در گوشهایم احساس فشار میکنم؟
این احساس یک ترفند روانی است. مغز شما فقدان ناگهانی نویز پسزمینه فرکانس پایین را به عنوان تغییر در فشار هوا تفسیر میکند، مشابه بالا رفتن در هواپیما، حتی اگر فشار فیزیکی واقعی تغییری نکرده باشد.
آیا سیستم حذف نویز صدای انسان را مسدود میکند؟
این سیستم در مسدود کردن صداهای ثابت و فرکانس پایین مانند موتورها بسیار موثر است. صدای انسان زیرتر و متغیرتر است، که پیشبینی و معکوس کردن آنها را برای پردازنده بسیار سختتر میکند؛ به همین دلیل است که اغلب هنوز هم میتوانید صدای صحبت کردن افراد را بشنوید.
بررسی عمیق دیدگاهها
علاقهمندان به صدای خالص
کیفیت صدا را به حداکثر میزان حذف نویز ترجیح میدهند و اغلب برای جلوگیری از اثرات مخرب سیستم فیدبک بر روی بیس، به ایزولهسازی فیدفوروارد یا پسیو روی میآورند.
برای علاقهمندان به صدای باکیفیت، میکروفون داخلی مورد نیاز برای سیستمهای فیدبک و هیبریدی یک نقطهضعف ساختاری است. از آنجا که میکروفون داخل کاپ گوش قرار دارد، موسیقی در حال پخش را در کنار نویز محیط میشنود. پردازنده سیگنال دیجیتال باید جریان صوتی را به شدت فیلتر کند تا مطمئن شود که به طور تصادفی نتهای بیس خود آهنگ را معکوس و حذف نمیکند. این فرآیند فیلترینگ میتواند مصنوعات دیجیتالی ایجاد کرده و پاسخ فرکانسی موسیقی را تغییر دهد و گرما و دامنه دینامیکی آن را از بین ببرد. در نتیجه، افراد سختپسند اغلب به دنبال هدفونهای ردهبالایی هستند که کاملاً بر ایزولهسازی آکوستیک پسیو یا صرفاً سیستم فیدفوروارد متکی باشند و در ازای دریافت یک سیگنال صوتی بینقص، نویز پسزمینه بیشتری را میپذیرند.
مسافران دائمی
خواهان حداکثر کاهش فرکانس پایین برای صدای موتور هستند، که باعث میشود سیستمهای هیبریدی یا فیدبک قوی بدون در نظر گرفتن هزینه، اولویت مطلق آنها باشد.
محیط آکوستیک کابین هواپیما یا قطار شهری تحت سلطه صدای بم بیوقفه و فرکانس پایین در محدوده ۲۰ هرتز تا ۵۰۰ هرتز است. سیستمهای فیدفوروارد که میکروفون را در قسمت بیرونی کاپ گوش قرار میدهند، در حذف موثر این فرکانسهای عمیق با مشکل مواجه میشوند زیرا نمیتوانند صدایی را که واقعاً به پد فیزیکی گوش نفوذ میکند، نظارت کنند. مسافران به حلقه اصلاح خودکار یک میکروفون فیدبک که دقیقاً در کنار مجرای گوش قرار گرفته است، نیاز دارند. این نظارت داخلی به پردازنده اجازه میدهد تا به طور مداوم سیگنال ضد نویز را تنظیم کند، صدای موتور را به طور موثر پاک کرده و از خستگی شدید شنوایی که با پروازهای طولانیمدت همراه است، جلوگیری کند.
مهندسان آکوستیک
بر محدودیتهای فیزیکی تاخیر پردازنده و محل قرارگیری میکروفون تمرکز دارند و سیستم هیبریدی را به عنوان یک مصالحه ضروری اما پرمصرف برای حذف نویز در طیف گسترده میبینند.
از دیدگاه مهندسی، حذف نویز فعال مسابقهای با زمان است. پردازنده تنها کسری از میلیثانیه فرصت دارد تا یک صدا را تشخیص دهد، فاز آن را معکوس کند و قبل از رسیدن موج صوتی اصلی به پرده گوش، آن را پخش کند. مهندسان سیستم هیبریدی را نه به عنوان یک راهحل بینقص، بلکه به عنوان یک روش قدرتمند برای غلبه بر تاخیر ذاتی و محدودیتهای پهنای باند در تنظیمات تکمیکروفونه میبینند. با استقرار چندین میکروفون، آنها میتوانند بار پردازشی را تقسیم کنند؛ به این صورت که میکروفون خارجی وظیفه رهگیری فرکانس بالا و میکروفون داخلی وظیفه پاکسازی فرکانس پایین را بر عهده میگیرد. با این حال، این معماری به طور قابل توجهی مصرف انرژی و پیچیدگی الگوریتمهای پردازشی را افزایش میدهد و سازندگان را مجبور به ایجاد مصالحهای بین عمر باتری، هزینه تولید و عملکرد آکوستیک میکند.
- مسافران دائمی
- خواهان حداکثر کاهش فرکانس پایین برای صدای موتور هستند، که باعث میشود سیستمهای هیبریدی یا فیدبک قوی بدون در نظر گرفتن هزینه، اولویت مطلق آنها باشد.
- مهندسان آکوستیک
- بر محدودیتهای فیزیکی تاخیر پردازنده و محل قرارگیری میکروفون تمرکز دارند و سیستم هیبریدی را به عنوان یک مصالحه ضروری اما پرمصرف برای حذف نویز در طیف گسترده میبینند.
- علاقهمندان به صدای خالص
- کیفیت صدا را به حداکثر میزان حذف نویز ترجیح میدهند و اغلب برای جلوگیری از اثرات مخرب سیستم فیدبک بر روی بیس، به ایزولهسازی فیدفوروارد یا پسیو روی میآورند.
دیدگاههایی که این گزارش پوشش نداده
- مصرفکنندگان اقتصادی که عمر باتری را به سکوت مطلق ترجیح میدهند.
- تولیدکنندگان سمعک که فناوری حذف نویز را برای دستگاههای پزشکی تطبیق میدهند.
منابع
[1]SoundGuysActive noise canceling (ANC) technology types explained
مطالعه در SoundGuys →
[2]DAGAمهندسان آکوستیکOptimal Microphone Positioning for Multi-Channel Feedforward ANC Headphones
مطالعه در DAGA →
[3]Cardinal Peakمهندسان آکوستیکHow Multi Microphone Noise Canceling Technology Works
مطالعه در Cardinal Peak →
[4]Ole Wolff Electronicsمهندسان آکوستیکActive Noise Cancellation
مطالعه در Ole Wolff Electronics →
[5]David Clark Companyمسافران دائمیHybrid Electronic Noise Cancellation
مطالعه در David Clark Company →
[6]Simply HeadsetsThe ABCs of ANC: 3 Different Types of Active Noise Cancellation
مطالعه در Simply Headsets →
[7]تیم سردبیری کوهستانتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
بیشتر در خرید
مشاهده همه →سختافزار صوتی
کوالکام از تراشه Snapdragon Sound Elite Gen 2 با هوش مصنوعی داخلی و صدای بدون افت کیفیت وایفای رونمایی کرد
6 منبع
سختافزار صوتی
هدفونهای ۳۵۰ دلاری Beats 360 با بالشتکهای قابل تعویض و مقاومت در برابر عرق معرفی شدند
5 منبع
علم صدا
منحنی هدف هارمن: چگونه تحقیقات علمی صدای ایدهآل هدفونها را تعیین میکند
8 منبع
کدکهای بلوتوث
SBC، AAC، aptX و LDAC: کدکهای صوتی بلوتوث چگونه کیفیت صدای بیسیم را تعیین میکنند
4 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار خرید با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاهها، هر روز و رایگان.





