A mindennapi élet során számtalanszor találjuk magunk zajos környezetben: ülünk a buszon, az irodában beszélgetnek körülöttünk, a szomszéd füvet nyír.
Ilyenkor jól jön egy zajszűrős fejhallgató, amely egyetlen gombnyomással látszólag lehalkítja a külvilágot. A háttérzaj nem feltétlenül tűnik el teljesen, de sokkal kevésbé lesz zavaró, így alacsonyabb hangerő mellett is tisztábban hallhatjuk a zenét, a podcastot vagy a telefonbeszélgetést.
De hogyan képes egy fejhallgató eltüntetni a zajt? Honnan tudja, hogy melyik hangot szeretnénk hallani, és melyiket nem?
A megoldás neve aktív zajszűrés, angolul Active Noise Cancellation, röviden ANC.
Mi számít zajnak?
Fizikai szempontból a zaj ugyanolyan hanghullám, mint a zene vagy az emberi beszéd.
Amikor egy tárgy rezeg, megmozgatja a körülötte lévő levegőt. Ezek az apró nyomásváltozások hullámként terjednek tovább, végül elérik a fülünket. A dobhártyánk rezgésbe jön, az agyunk pedig hangként értelmezi a kapott jeleket.
A zaj tehát nem valamiféle különleges hangfajta. Általában azt nevezzük zajnak, amit az adott pillanatban éppen nem szeretnénk hallani.
Egy autó motorjának monoton morajlása például zaj, amikor zenét hallgatunk, de egy szerelő számára ugyanez a hang fontos információkat is hordozhat az autó állapotáról.
A zajszűrős fejhallgató természetesen nem tudja, hogy személy szerint melyik hang idegesít bennünket, ehelyett bizonyos típusú környezeti hangokat próbál felismerni és csökkenteni.
Passzív és aktív zajszűrés
A zajcsökkentésnek két alapvető formája van:
- passzív zajszűrés
- aktív zajszűrés
A két módszer egyszerre is tud működik.
Passzív zajszűrés
A passzív zajszűréshez nincs szükség elektronikára vagy akkumulátorra. A fejhallgató egyszerűen fizikailag akadályozza meg, hogy a külső hangok eljussanak a fülünkbe.
Egy nagy, fül köré simuló fejhallgató párnái például részben elzárják a hallójáratot a környezettől. Egy megfelelő méretű szilikonharanggal ellátott fülhallgató pedig tömítést hoz létre a hallójáratban. Ez hasonlóan működik, mint amikor befogjuk a fülünket.
A passzív zajszűrés különösen a magasabb frekvenciájú hangokat csökkentheti hatékonyan. Ilyen lehet például:
- a billentyűzet kattogása
- az edények csörgése
- a beszéd bizonyos részei
- a járművek élesebb hangjai
A működés minőségét nagyban befolyásolja, hogy mennyire pontosan illeszkedik a fejhallgató vagy a fülhallgató.
Aktív zajszűrés
Az aktív zajszűrés ezzel szemben már elektronikát, mikrofonokat és külön jelfeldolgozást használ.
A fejhallgató érzékeli a környezeti zajt, majd létrehoz egy olyan hanghullámot, amely megpróbálja kioltani azt.
Elsőre furcsán hangzik: a készülék valójában egy újabb hangot ad hozzá a már meglévő zajhoz. A megfelelően létrehozott ellenhang azonban nem növeli, hanem csökkenti az érzékelt zajt.
Hogyan lehet hanggal kioltani egy másik hangot?
Képzeljünk el egy szabályos vízhullámot. A hullámnak vannak magas pontjai, vagyis hullámhegyei, valamint alacsony pontjai, vagyis hullámvölgyei.
A hanghullámoknál hasonló váltakozás történik: a levegő nyomása hol kissé megnő, hol kissé lecsökken.
Ha két teljesen egyforma hullám egyszerre érkezik ugyanoda, a hatásuk összeadódhat. Amikor az egyik hullám éppen emelkedik, és a másik is ugyanúgy emelkedik, az eredmény egy erősebb hullám lesz.
Ha azonban az egyik hullám hegye pontosan a másik hullám völgyével találkozik, a két hatás részben vagy akár teljesen kiolthatja egymást.
Ezt nevezzük destruktív interferenciának.
Az aktív zajszűrés ezt a jelenséget használja ki. A fejhallgató a külső zajhoz képest ellentétes fázisú hanghullámot állít elő. Ezt gyakran egyszerűen „ellenzajnak” nevezik.
Elméletben, ha az eredeti zaj és az ellenzaj tökéletesen illeszkedik egymáshoz, a zaj teljesen kioltódik. A valóságban azonban a zaj folyamatosan változik, ezért a teljes csend ritkán érhető el. A technológia viszont jelentősen csökkentheti bizonyos hangok erősségét.
Mi történik a fejhallgató belsejében?
Egy aktív zajszűrős fejhallgató több lépésben dolgozik.
1. A mikrofonok figyelik a környezetet
A fejhallgatón apró mikrofonok találhatók. Ezek folyamatosan érzékelik a környezeti hangokat.
A rendszer ezekből a mikrofonjelekből próbálja meghatározni, hogy milyen zaj jut el a felhasználó füléhez.
2. A processzor elemzi a hangot
A mikrofonok jelét egy digitális jelfeldolgozó egység, vagyis DSP (Digital Signal Processor) elemzi.
A processzor többek között azt vizsgálja:
- milyen frekvenciákból áll a zaj
- milyen erős
- hogyan változik az időben
- milyen ellenhang tudná a lehető legjobban kioltani
Mindezt rendkívül gyorsan kell elvégeznie. Ha az ellenzaj túl későn érkezik a fülbe, nem megfelelően találkozik az eredeti hanggal, és a zajcsökkentés kevésbé lesz hatékony.
3. A fejhallgató létrehozza az ellenzajt
A processzor kiszámítja az eredeti zajhoz illeszkedő, ellentétes fázisú jelet.
Ezt a fejhallgató hangszórója a zenével vagy a beszéddel együtt lejátssza. A fülünkhöz így egyszerre jut el:
- a környezetből érkező zaj
- a fejhallgató által előállított ellenzaj
- valamint az általunk hallgatott tartalom (zene, podcast)
Az eredeti zaj és az ellenzaj részben kioltja egymást, ezért a környezet halkabbnak tűnik.
A fejhallgató helyzete időközben persze változhat, elfordíthatjuk a fejünket, vagy hirtelen más hang jelenhet meg a környezetben, ezért a zajszűrés ezért nem egyetlen számítást végez el. A rendszer folyamatosan figyeli a mikrofonokat, újraszámolja a szükséges ellenjelet, majd módosítja a működését.
Ez a folyamat másodpercenként rengetegszer ismétlődik.
Milyen zajok esetén hatékony?
Az aktív zajszűrés leginkább az egyenletes, mélyebb frekvenciájú hangok ellen hatékony.
Ilyen például:
- a repülőgép hajtóművének morajlása
- a busz vagy vonat motorhangja
- a légkondicionáló zúgása
- a távoli forgalom folyamatos moraja
- egy iroda állandó háttérzaja
Ezek a hangok viszonylag kiszámíthatóak, ezért a rendszer könnyebben készít hozzájuk megfelelő ellenjelet. A mély hangok hullámhossza ráadásul nagyobb, azaz hosszabb a periódusideje, emiatt az ANC elektronikájának kis késése csak kisebb fázishibát okoz, ezért az aktív zajkioltás főként az alacsony frekvenciájú zajok ellen hatékony.
Ez az oka annak, hogy egy jó zajszűrős fejhallgató repülőn látványosan csökkentheti a folyamatos dübörgést.
Milyen zajokat nehezebb kiszűrni?
A gyorsan, hirtelen változó, magasabb frekvenciájú hangokkal az aktív zajszűrés nehezebben boldogul.
Ilyen lehet:
- egy ajtó becsapódása
- egy kutya ugatása
- az edények csörömpölése
- egy közeli beszélgetés
- egy gyermek sírása
Ezeknél a hangoknál a rendszernek nagyon rövid idő alatt kellene érzékelnie a zajt, kiszámítania az ellenjelet és lejátszania azt. Mire mindez megtörténik, a hang egy része már elérte a fülünket, ráadásul ezek a típusú zajok folyamatosan változó frekvenciákból állnak. A zajszűrés csökkentheti ezeknek a hangerejét, de általában nem tünteti el teljesen.
Itt válik fontossá a passzív zajszigetelés. A jól illeszkedő fülpárna vagy gumiharang fizikailag tompíthatja azokat a magasabb hangokat, amelyeket az aktív rendszer nehezebben kezel.
A jó zajszűrős fejhallgató tehát nem csak elektronikával dolgozik, a hatékony eredményhez az aktív és a passzív módszer együtt szükséges.
fejhallgatót vagy pontosan illeszkedő fülhallgatót választania.
Mire figyeljünk zajszűrős fejhallgató vásárlásakor?
A kialakításra
A fül köré simuló fejhallgatók általában kényelmesek lehetnek hosszabb használat során, és jó passzív szigetelést biztosíthatnak. Ugyanakkor nagyobbak, nehezebbek, és melegíthetik a fület.
A hallójáratba helyezhető fülhallgatók kisebbek és könnyebben hordozhatók. Jó illeszkedés esetén erős szigetelést nyújthatnak, de ehhez megfelelő méretű gumiharang szükséges.
A kényelemre
Egy fejhallgató lehet technikailag kiváló, ha azonban nyomja a fejet vagy a fület, hosszú távon nem lesz kellemes használni.
Érdemes figyelni:
- a fejpánt szorítására
- a fülpárnák méretére
- a készülék tömegére
- a szemüveggel való használhatóságra
- a fülhallgató stabil illeszkedésére
Az áteresztő mód minőségére
Nem minden környezeti mód hangzik természetesen.
Gyengébb rendszereknél a környezet hangja:
- túl éles lehet;
- elektronikus jelleget kaphat;
- késhet;
- felerősítheti a szelet;
- vagy nehézzé teheti a saját hangunk természetes érzékelését.
A jó áteresztő módnál szinte úgy érezhetjük, mintha nem is viselnénk fejhallgatót.
Az üzemidőre
Az akkumulátoros üzemidőt mindig bekapcsolt zajszűrés mellett érdemes vizsgálni.
A gyártók által megadott értékeket befolyásolhatja:
- a hangerő
- a Bluetooth-kapcsolat
- a használt kodek
- az ANC erőssége
- a telefonhívások száma
- a környezeti hőmérséklet
A hangzásra
A legerősebb zajszűrés nem feltétlenül jelenti a legjobb fejhallgatót.
Vásárláskor a hangminőség, a kényelem, a mikrofonok, az üzemidő és a kezelhetőség legalább olyan fontos lehet, mint az ANC teljesítménye.
A megfelelő választás attól függ, hogy valaki elsősorban repüléshez, ingázáshoz, irodai munkához, sportoláshoz vagy otthoni zenehallgatáshoz keres eszközt.
Gyakori tévhitek a zajszűrésről
„A zajszűrés teljes csendet teremt”
Nem. A technológia elsősorban bizonyos állandó, mélyebb hangokat csökkent. A hirtelen zajok és az emberi beszéd részben továbbra is hallható marad.
„Minél több mikrofon van benne, annál jobb”
A mikrofonok száma önmagában nem garantál jobb zajszűrést. Legalább ilyen fontos az elhelyezkedésük, a processzor sebessége és az algoritmus minősége.
„A zajszűrés károsítja a hallást”
A megfelelően működő ANC önmagában nem veszélyes attól, hogy ellenhangot használ. A hallás szempontjából továbbra is elsősorban a hangerő és a használat időtartama számít, illetve utcán használva nehezebben vehetők észre a környezeti veszélyek.
„Minden zajszűrős fejhallgató ugyanúgy működik”
Az alapelv hasonló, de a gyakorlati megvalósítás jelentősen eltérhet. Különbség lehet a mikrofonokban, az algoritmusokban, a fizikai szigetelésben.