Jak to działa: naukowa magia słuchawek z redukcją szumów

Zakładasz słuchawki, włączasz i BUM! Szum w biurze, hałas silników samolotów czy hałas uliczny niemal całkowicie znikają. To nie magia, to wyczyn fizyki i inżynierii zwany Aktywną Redukcją Szumów (ANC). Wyjaśniamy, jak działa ten mały cud techniki.

Klucz do wszystkiego tkwi w koncepcji zwanej „destruktywną interferencją”. Aby ją zrozumieć, musimy najpierw przypomnieć sobie, czym jest dźwięk: falami, które rozchodzą się w powietrzu. Każda fala ma szczyty (punkty najwyższe) i doliny (punkty najniższe).

Słuchawki z redukcją szumów robią trzy rzeczy z niesamowitą szybkością:

1. Słuchają dźwięków z otoczenia: małe mikrofony umieszczone na zewnątrz aparatów słuchowych wychwytują hałas otoczenia wokół Ciebie („niechciane dźwięki”).
2. Tworzą one falę „anty-szumową”: układ scalony w aparatach słuchowych analizuje tę falę dźwiękową i w ułamku sekundy generuje zupełnie nową falę dźwiękową, będącą dokładnym lustrzanym odbiciem oryginału. Oznacza to, że tam, gdzie fala szumowa ma szczyt, fala „anty-szumowa” ma dolinę i odwrotnie.
3. Odtwarzają obie fale: aparaty słuchowe odtwarzają falę „antyhałasową” w tym samym czasie, gdy hałas z zewnątrz dociera do Twoich uszu.

Tu dzieje się magia. Kiedy szczyt fali szumowej spotyka się z doliną antyfali szumowej, znoszą się one wzajemnie. Rezultatem jest cisza. Z matematycznego punktu widzenia, jeśli fala szumowa to X, aparaty słuchowe wytwarzają falę −X. Suma tych dwóch wartości wynosi X+(−X)=0.

Aktywna redukcja szumów jest niezwykle skuteczna w eliminowaniu stałych dźwięków o niskiej częstotliwości, takich jak silnik samolotu, klimatyzacja czy szum pociągu. Dzieje się tak, ponieważ są to dźwięki przewidywalne, a układ ma czas na wygenerowanie idealnej fali dźwiękowej eliminującej hałas.

Działa mniej skutecznie w przypadku nagłych, wysokich dźwięków, takich jak rozmowa tuż obok Ciebie czy szczekanie psa. Dźwięki te są zbyt szybkie i nieprzewidywalne, aby system mógł je całkowicie wyeliminować.

Więc następnym razem, gdy odetniesz się od świata za pomocą słuchawek, będziesz wiedział, że to nie czary, a mała, elegancka symfonia fizyki stosowanej, dziejąca się w twoich uszach.