Miért hallgass tisztábban? Az aktív és a passzív zajszűrés titkai
Manapság, ha kimegyünk az utcára, szinte mindenki fejhallgatót vagy fülhallgatót visel. Ezzel nem csak a zenét vagy podcastokat élvezhetik, hanem egyúttal elszigetelik magukat a környező zajoktól. Sokan azonban nem is sejtik, hogy ebben az „elszigeteltségben” különböző zajszűrő technológiák működnek a háttérben.
A fejhallgatók világában két fő megoldás küzd a hallgatók figyelméért: a passzív és az aktív zajszűrés. De mi rejlik ezek mögött? Hogyan működnek? Ebben a cikkben egyszerűen és érthetően mutatom be a két technológia közötti különbségeket, hogy könnyebb legyen eligazodni a zajmentes hallgatás világában.
Mi a passzív zajszűrés?
A passzív zajszűrés (PNC) a fejhallgatók anyaghasználatán alapul, amelyek elnyelik a környezeti zajokat, még mielőtt azok elérnének a hallgató fülébe. A passzív zajszűrést alkalmazó fejhallgatók jellemzően két típusba sorolhatók: fület körül ölelő (over-ear) és fülbe dugható (in-ear) kialakításúak.
A fület körül ölelő fejhallgatók a fül köré szorosan illeszkedő habgyűrűvel hoznak létre zárást. Ez a kialakítás csökkenti a külső zajok bejutását azáltal, hogy kevesebb hang éri el a hallójáratot. A fülkagylók hátulja is hangelnyelő anyagból készül, így a habszigetelés és a hangelnyelő anyagok együttesen jelentősen csökkentik a környezeti zajokat.
A fülbe dughatók passzív zajszűrése a hallójáratba illeszkedő, tömör zárással és hangelnyelő anyagokkal valósul meg. A hallójáratban létrejövő zárást a fülbe dugható fülhallgatók végződései biztosítják, amelyek célja, hogy pontosan illeszkedjenek a hallójárat formájához, így minimális hely marad a külső zaj számára. Ezek a fülhallgató végződések általában rugalmas gumiból, műanyagból, vagy memóriahabból készülnek. Vannak azonban olyan fülbe dugható modellek is, amelyek nem rendelkeznek külön véggel, és a fülhallgató formája önmagában blokkolja a hallójárat jelentős részét.
Bár az in-ear fejhallgatók szorosabb zárást hoznak létre, az over-ear típusok általában hatékonyabbak a passzív zajszűrésben mivel nagyobbak, és így több hangelnyelő anyag áll rendelkezésre a zajok kiszűrésére.
Mi az az aktív zajszűrés?
Az aktív zajszűrés (ANC) olyan technológia, amely a jel összeadódásának (interferenciájának) tulajdonságait használja fel a nem kívánt zajok csökkentésére. Az ANC alapelve, hogy a hanghullámokat egy ellentétes hullámmal „ki tudja oltani”, ha azonos tulajdonságokkal, de ellenfázissal rendelkezik. Ez működik, mert a hanghullámok valójában a levegő nyomáskülönbségeinek agyunk általi értelmezését jelentik.
Amikor két ellentétes hullám találkozik, az egyik hullám által keltett pozitív nyomás és a másik hullám által keltett negatív nyomás összeadódik, így a nettó nyomás gyakorlatilag nullává válik. Ezt az elvet destruktív interferenciának nevezzük. Ez elsőre bonyolultnak hangzik, de valójában nagyon egyszerű elképzelni. Képzelj el két hullámot a víz felszínén: ha az egyik hullám felfelé megy, a másik ugyanakkor lefelé, és pontosan egymás ellen találkoznak, akkor a két hullám „kioltja” egymást, és a víz felszíne sima lesz.
A fejhallgatókban az ANC megvalósításához digitális jelfeldolgozást (DSP) alkalmaznak. A DSP figyeli és szűri a környezeti zajt, majd létrehoz egy ellentétes jelet (ún. „anti-zajt”), amit a fejhallgató hangszóróin keresztül lejátszanak.
A fejhallgatók három fő ANC-módszert alkalmaznak:
- Feedforward ANC
- Feedback ANC
- Hybrid ANC
Ezek a módszerek különböző módon érzékelik és semlegesítik a környezeti zajt, a részleteket a következő szakaszokban mutatom be.
Feedforward ANC – amikor a fejhallgató „előre hall”
A feedforward ANC a legegyszerűbb és leggyakrabban alkalmazott aktív zajszűrési módszer a fejhallgatókban. Ennél a megoldásnál a mikrofon(ok) a fejhallgató külső részén, kifelé nézve helyezkednek el. Ezek a mikrofonok rögzítik a környezetből érkező zajt – például az autóforgalom motorhangját, beszédhangokat vagy építkezési zajokat.
A fejhallgató ezután digitális jelfeldolgozással elemzi ezeket a zajokat, majd létrehoz egy „ellentétes” hangot, az úgynevezett anti-zajt. Ezt a hangot a fejhallató a zenével együtt lejátssza, így a két hullám – a zaj és az anti-zaj – kioltja egymást, miközben a zene vagy az éppen hallgatott műsor változatlan marad.
A feedforward rendszer egyik előnye, hogy gyors és hatékony, mert kevés számítást igényel, ezért szinte késés nélkül képes reagálni a külső zajokra. Ráadásul a mikrofonok elhelyezkedése miatt a fejhallgató már azelőtt „meghallja” a zajt, hogy az a fülünkhöz érne, így kicsit több ideje van az ellenhang előállítására.
Hátránya viszont, hogy nem mindig pontos, mivel a fejhallgató nem érzékeli, hogy a zajból ténylegesen mennyi jut be a fülbe – csak becsülni tudja, mennyit kell kioltania. Emiatt bizonyos frekvenciákon kevésbé hatékony lehet, főleg, ha a fejhallgató illeszkedése nem tökéletes.
Feedback ANC – amikor a fejhallgató „visszahallgat”
A feedback ANC egy kicsit bonyolultabb, de szintén gyakori zajszűrési technológia. Ennél a megoldásnál a mikrofon(ok) a fejhallgató belsejében, a fül felé nézve helyezkednek el. Ezek a mikrofonok az hallgatják, ami valójában eljut a fülönbe - vagyis nemcsak a lejátszott zenét, hanem a külső zajokat is, amiket a passzív zajszigetelés nem tudott teljesen kizárni.
A fejhallgató ezután elkülöníti a zajt a zenétől, és a maradék zajból létrehoz egy ellenhangot (anti-zajt), amit visszajátszik a hangszórón keresztül.
A módszer előnye, hogy pontosabban tudja, mit hall a felhasználó, így az anti-zaj is jobban illeszkedik a valós zajhoz – ezáltal hatékonyabb lehet a zajcsökkentés.
A hátránya viszont, hogy több feldolgozást (DSP-t) igényel, mert a fejhallgatónak külön kell választania a zenét és zajt. Emellett a mikrofonok nagyon közel vannak a hangszórókhoz, ezért könnyen kialakulhat egy visszacsatolás, ami zavaró hangot vagy sípolást okozhat. Ezt külön szűrőkkel és fejlett jelfeldolgozással lehet megelőzni.
Összességében a feedback ANC precízebb, de technikailag összetettebb megoldás, mint a feedforward verzió.
Hybrid ANC – a kettő technika ötvözése
A Hybrid ANC az aktív zajszűrési módszer közül a legösszetettebb, de egyben a leghatékonyabb is. Ez a megoldás a feedforward és feedback technológiákat egyesíti: a fejhallgatóban külső és belső mikrofonok is vannak.
A külső mikrofonok előre „meghallják” a környezeti zajokat, és megpróbálják kioltani őket, mielőtt a hang elérné a fület. A belső mikrofonok pedig a maradék zajt érzékelik, és azt is tovább csökkentik.
Ennek a megoldásnak az előnye, hogy két módszer együtt pontosabban és szélesebb hangtartományban képes csökkenteni a zajokat, így a legtöbb modern fejhallgató ma már ezt a megoldást használja.
A hátránya viszont, hogy bonyolultabb technológiát és több feldolgozást igényel, ezért drágább és energiaigényesebb lehet, mint az egyszerűbb zajszűrési rendszerek.
Összegzés
A zajszűrés világa elsőre technikainak tűnhet, de valójában mindkét megoldás – a passzív és az aktív zajszűrés – ugyanazt a célt szolgálja: hogy tisztábban, nyugodtabban hallgassuk a hangokat környezetünk zajai nélkül. A passzív zajszűrés fizikai védelmet nyújt, míg az aktív technológia a modern elektronikát hívja segítségül, hogy „ellenhanggal” csillapítsa a zavaró zajokat.
A gyakorlatban a legtöbb fejhallgató ma már a két módszer kombinációját használja, hiszen így lehet a legjobb eredményt elérni. A passzív szigetelés megfogja a külső zajokat, míg az aktív zajszűrés a maradékot is kioltja – így biztosítva a lehető legcsendesebb és legkellemesebb hallgatási élményt.
Ha legközelebb fejhallgatót választasz, gondold végig, hol és hogyan szeretnéd használni. Utazáshoz talán az aktív zajszűrés lesz a legjobb útitárs, míg irodai munkához vagy otthoni zenehallgatáshoz egy jó passzív megoldás is tökéletes lehet.
Te melyiket választanád – a teljes csendet, vagy inkább a természetes hangzást egy kis zaj mellett?
Forrás: ( Kalet, Josh (2023). Methods of Passive and Active Noise Cancellation. ECE Senior Capstone Project 2023 Tech Notes, Tufts University.)
