درود دوستان. حتما تا حالا اسم هدفون‌ها یا ایرفون‌هایی رو شنیدید که قابلیت ANC یا Active noise-cancellation دارن. اگر توی یک مکان پر سروصدا زندگی میکنید یا توی دفتر کارتون سروصدا خیلی زیاده، هدفون‌های نویز-کنسلینگ می‌تونن خیلی مفید باشن. ولی تا حالا با خودتون فکر کردین تفاوت نویز-کنسلینگ عادی با اکتیو نویز-کنسلینگ چیه؟ ممکنه ضعیف کردن صدای بیرونی یا جلوگیری از شنیده شدنش ساده به نظر برسه، اما ANC پردازش‌های کامپیوتری پیشرفته‌ای برای اینکار نیاز داره.
ANC یا Active noise cancellation چیه؟
حذف نویز اکتیو یا ANC، یه قابلیت هست که توی هدفون‌های میان رده و بالارده وجود داره و استفاده از پردازش سیگنال صدای بیرونی رو مسدود میکنه. اکثر هدست‌های بالارده با کیفیت قابلیت ANC رو دارن. به طور ساده، ANC فراتر از اینکه مثل گوش گیر عمل کنه و به شکلی نویز رو حذف میکنه که صدای گریه یک کودک یا پرواز هواپیما، بوق ماشین‌ها و هیچ چیز دیگه‌ای رو نمیشنوید. یا حداقل میشه گفت صداها رو بسیار کمتر در مقایسه با حالت عادی میشنوید.
این قابلیت به صورت کامل همه صداها رو حذف نمیکنه و وقتی روشنش کنید ممکنه یه نویز خش خش خیلی ضعیف بشنوید. این تنها چیزیه که ممکنه بعد از حذف نویز بشنوید. اکتیو نویز کنسلینگ فرکانس‌های پایین رو هم برای ازبین بردن نویز پخش میکنه که می‌تونه به گوش بعضی از کاربران آسیب بزنه.
حذف نویز اکتیو چطور کار میکنه؟
این قابلیت توی یک سری مدل‌های خاص و ایربادها قرار داره که با همین اسم یا ویژگی عرضه میشن، اولین کاری که انجام میدن اینکه با استفاده از میکروفون چیزایی که ممکنه بشنوید رو دریافت میکنن، وقتی میکروفون اون صدا رو ذخیره کرد، یک سیگنال دیجیتال توسط نرم‌افزار و سخت‌افزار درون هدست ایجاد میشه تا نویز حذف بشه و اینجاست که یکم اینکار پیچیده میشه. احتمالا قبلا در مورد موج صدا شنیدین، صدا در واقع یک سری از ارتعاشات هست. اگر یک صدا رو بردارید و اونو کپی کنید و با یکم تاخیر پخش کنید، امواج از تراز خارج میشن. اوج یک شکل موج همزمان با یک قله در جهت مخالف موج دیگه پخش میشه و با اینکار همدیگر رو خنثی میکنن.
چنین چیزی توی طبیعت به ندرت اتفاق میوفته به همین دلیل این کار غیر طبیعی هست اما جواب میده و میکروفون‌های موجود در هدفون‌ها از همین تکنیک استفاده میکنن. بعضی از هدفون‌ها هم از روش‌های خشن تری استفاده میکنن در حالیکه بعضی دیگه از سخت‌افزار و نرم‌افزار پیشرفته برای تنظیم هوشمندانه با محیط اطراف بهره میبرن.
بعضی از هدفون‌ها مثل ایرباد ها از میکروفون‌هایی استفاده میکنن که در قسمت خارجی هستن اینکار آسون تره اما موثرترین روش نیست چون به طور دقیق چیزی که وارد گوش میشه رو منعکس نمیکنن. یعنی خود هدفون هم یک بخشی از صدا رو متفاوت منعکس میکنه به دلیل بخش‌های پلاستیکی و … اما وقتی میکروفون بیرون باشه متفاوته. هدفون‌های بزرگتر میکروفون رو در قسمت داخلی که روی گوش قرار میگیره میذارن نزدیک گوش شما که باعث میشه نویز رو بسیار بهتر و موثرتر حذف کنن. یک سری دیگه هم هستن که از میکروفون در هر دو قسمت داخلی و خارجی استفاده میکنن تا به بهترین شکل نویز رو حذف کنن.
کاری که هدست‌های حذف نویز اکتیو انجام میدن اینکه نویز خارجی رو آنالیز و کنسل کنن. خیلیا فکر میکنن این هدفون‌ها جلوی امواج صوتی خارجی رو به صورت فیزیکی میگیرن مثل اینکه یه دیوار اونجا باشه اما اینطور نیست. اگر دوست دارید بدونید این قطعات کوچیک چطور نویز رو حذف میکنن ادامه این مطلب رو با من همراه باشید.
صدا مثل نور در هوا هست که به صورت امواج حرکت میکنن، همونطور که فرکانس‌های مختلف نور به عنوان رنگ‌های مختلف تشخیص داده میشن، فرکانس‌های مختلف صدا هم به صورت زیر و بم و … شناخته شده که بهش اصطلاحا میگن Pitch. دیدین توی بعضی برنامه‌ها صداتون کلفت یا باریک میکنید؟ این با تغییر همون فرکانس‌ها هست.
مسئله‌ای که اینجا وجود داره اینکه صدا یک موج فشار هست. برخلاف نور صدا می‌تونه از درون سوژه‌های مختلف مثل دیوار، آب و یک تیکه پلاستیکی گوشی هدفون به راحتی رد بشه. فرکانس‌های پایین‌تر معمولا خیلی راحت‌تر از سوژه‌ها عبور میکنن. دیدین مثلا یه ماشین توی خیابون آهنگ گذاشته و وقتی تو اتاقتون هستید فقط بیس رو حس میکنید؟ این بخاطر اینکه فرکانس بیس یک فرکانس پایین هست. فرکانس‌های بالا مثل خش خش تلویزیون‌های قدیمی میمونه که نمی‌تونن مثل فرکانس‌های پایین به راحتی از سوژه‌های مختلف عبور کنن.
پس هدفون‌های ANC بیشترین تلاششون حذف فرکانس‌های پایین هست. اینکارهم با استفاده از یک میکروفون داخلی انجام میشه تا نویز محیط و فرکانسش تشخیص داده بشه، بعد یک موج ضد نویز پخش میکنه تا صداهای خارجی خنثی بشن. یعنی با ایجاد یک سری موج‌ها اونا رو خنثی میکنه.
اگر الان متوجه نشدید چطور این اتفاق میوفته، براتون به صورت ساده توضیح میدم. یک موج ضد نویز (Anti-Noise Wave) به صورت ساده مثل آینده هست یعنی بر خلاف اون صدای نویزی که هدفون سعی داره حذفش کنه. فرکانس صوتیش با نویز یکی اما قطبش معکوس هست. همونطور که توی عکس بالا هم دیدید. وقتی دو صدا با دو قطب معکوس به همدیگه برخورد کنن هردوشون حذف میشن. ممکنه کمی عجیب به نظر برسه اما علم اینو ثابت کرده.
چرا بعضی افراد احساس فشار روی گوش مثل هواپیما دارن ؟
همونطور که بهتون گفتم هدفون‌های حذف نویز اکتیو با ارسال یک موج ضد نویز به گوش‌های شما اینکارو انجام میدن، ولی این بعضی وقتا باعث آسیب و سردرد میشه چرا؟
اکثر مردم وقتی می‌خوان تجربه شون از ANC بگن رو اینطور بیان میکنن که انگار یه فشار روی گوش‌شون هست، مثل پرواز هواپیما یا غواصی در اعماق اقیانوس. این مهمه که بدونید فشار هوا چطور کار میکنه (و این به درک صدا ربط داره) قبل از اینکه بخوام دلیل احساس فشار روی گوشتون رو توضیح بدم.
فشار جو ( فشار هوا هم نامیده میشه) نیرویی هست که اتمسفر به یک سطح وارد میکنه. گرانش زمین دائما اتمسفر رو به سمت پایین میکشه، پس هوا در آب و هوای کم ارتفاع (مثل زیر سطح اقیانوس) بسیار متراکم‌تر از مکان مرتفع مثل هواپیما یا سطح کوه هست.
چگالی جو در واقع علت فشار روی گوش شما نیست. این احساس فشار به واسطه تفاوت بین فشار هوای داخلی گوش شما و فشار هوای محیط بهتون وارد میشه. اگر در ارتفاع زیاد باشید، هوای توی گوش شما تلاش میکنه خارج بشه. اگر توی ارتفاع پایین باشید و کلی فشار بهتون وارد بشه، سطح داخلی گوشتون به هوای بیشتری نیاز داره تا بهم نریزه. وقتی شما گوشتون رو پر از هوا میکنید (مثلا با گرفتن بینی و یا حالت خمیازه کشیدن) بهش کمک میکنید فشار هوای داخل گوش با فشار هوای محیط هماهنگ بشه و احساس فشار ازبین میره. دیدین وقتی گوشتون میگیره چه حس سنگینی و فشاری روی گوشتون حس می‌کنین؟ بخاطر همین موضوعه.
هدفون‌های ANC فشار روی گوش‌هاتون نمیذاره
علت واقعی اینکه مغز شما فقط به گوش درد و سردرد برای تشخیص و تغییر فشار جوی متکی نیست. مغز شما میزان ارتعاش گوش میانی رو هم بررسی میکنه. وقتی شما وارد یک هواپیما می‌شید، گوش شما چگالی هوای بیشتری نسبت به محیط داره. به همین دلیل قسمت داخلی گوش یه جورایی مثل بالن هست و تحت فشار زیادیه، البته ارتعاش زیادی نداره. این عدم ارتعاش منجر به کاهش شنوایی به وسیله فرکانس پایین میشه، بنابرین مغز شما تمایل داره با این فرض کار کنه که کاهش شنوایی با فرکانس پایین نشون دهنده تغییر فشار در اتمسفره. (علت اینکه گوشتون یه حالت گرفتگی پیدا میکنه همینه و اون حالت خمیازه یا تلاش برای فرستادن هوا به گوش باعث میشه بهتر صداها رو بشنوید.)
حالا کافیه یاد خودتون بیارید که ANC چطور صداهای محیطی رو با فرکانس پایین حذف میکنه، گاهی وقتا این باعث میشه مغزتون فریب بخوره و تغییر فشار هوا ایجاد کنه. البته در واقع مغز شما هیچ احساس یا درد و حالت ناراحتی رو حس نمیکنه، پس به همین علت شروع میکنه به تلقین کردن اون احساسات تا شما حالت خمیازه یا فشار هوا با گرفتن بینی رو ایجاد کنید. از اونجایی که اینکار هم مشکل عدم وجود صدای محیطی فرکانس پایین رو حل نمیکنه، این حس درد و فشار تا زمانیکه هدفون اکتیو نویز کنسلیشن رو خارج نکنید افزایش پیدا میکنه.
ANC مناسب همه افراد نیست و باید تست بشه
بعضی از مردم مشکلات و ناراحتی‌های زیادی رو در هنگام استفاده از این تکنولوژی تجربه میکنن، بعضیا به مرور زمان بهش عادت میکنن اما بعضی دیگه هیچوقت این حس فشار براشون ازبین نمیره. پس اگر قصد دارید یک هدفون جدید بخرید که قابلیت ANC داره بهتره به همه اینا فکر کنید. کافیه 15 دقیقه تستشون کنید و اگر مغزتون نتونست باهاش انطباق پیدا کنه پس بدید و هدفون‌هایی بخرید که به صورت فیزیکی بیشترین تلاش برای حذف صدا میکنن. فقط اینکه یادتون باشه با وجود اینکه این حس فشار ساخته ذهن شماست، بازم از درد اون کم نمیشه. هیچ دلیلی وجود نداره که بخواین چنین فشاری رو تحمل کنید و بهتره بجای اون یک محیط بی سر و صدا فراهم کنید.
تفاوت حذف نویز پسیو و اکتیو Passive vs. Active
حتما شنیدین که بعضی از هدفون‌ها قابلیت حذف نویز Passive رو دارن. این عملکردش مثل مدل اکتیو نیست و فقط با ایزوله کردن فیزیکی تا حدی جلوی نویز رو میگیرن. روششون هم در مقایسه با ANC بسیار ساده هست. اینطور که به شکل های مختلف گوشتون رو پوشش میدن تا صدای کمتری وارد بشه مثل اینکه دستتون رو روی گوشتون قرار بدید. وقتی هم که شروع به پخش صدا بکنید چون این صدا به گوش شما نزدیک تره و صدای بلندتری داره، باعث میشه که نویز پس زمینه رو کمتر حس کنید.
البته همین هم در هدفون‌های مختلف کاملا متفاوته و بعضیاشون عملکرد بهتری در این زمینه دارن که همش به طراحی و نحوه به کار بردن اون داره. بهترین روش حذف نویز به این شکل هم در مدل‌های دورگوشی هست و از اون بهتر مدل‌های توی گوشی (هندزفری‌هایی که سری ژله‌ای دارن). بجز توی گوشی، مدل‌های دورگوشی تا حد خوبی نویز رو کم میکنن اما بقیه مدل‌ها معمولا به خوبی این دو مدل نیستن در حذف نویز پسیو. فقط در نظر بگیرید که اینا در مورد پسیو هست و نه اکتیو، اکتیو کلا متفاوته.
جنبه‌های منفی استفاده از ANC
همونطور که این روش خیلی خوبه اما یه سری مشکلاتی هم داره. اولینش اینکه بخاطر استفاده از میکروفون و پردازش‌های بالا، توان بیشتری نیاز داره، به این معنی که حتی مدل‌های سیمی‌هم برای حذف نویز اکتیو نیاز به باتری دارن.
ANCها یه تاثیر کمی هم در کیفیت صدا دارن، به علت حذف نویز، شما هیچوقت صدای طبیعی بدون پردازش با کیفیت رو نمیگیرید. هرچند که اکثر اونا قابلیت خاموش کردن این ویژگی رو دارن اما در برخی مدل‌های امکان خاموش کردنش نیست. و در نهایت بزرگترین مشکل هدفون نویز کنسلینگ اکتیو اینکه تقریبا اکثر صداهای بیرونی رو حذف میکنه. این برای جایی مثل دفتر کار یا یک محل پرسروصدا خوبه اما اگر قصد دارید موقع پیاده روی یا توی خیابون ازشون استفاده کنید خطرناکه.
اگر بدون نگاه کردن از خیابون رد بشید یا به اطراف دقت نکنید ممکنه اتفاقات بدی براتون رخ بده. حتی بعضی از مدل‌های پسیو تو گوشی هم تا همین حد صدا رو ازبین میبرن. به همین علته که بسیاری از مدل‌های جدیدترشون با قابلیت Transparency عرضه میشن.
حالت Transparency در هدفون نویز کنسلینگ اکتیو چیه؟
این حالت در واقع یکی از کارهایی هست که اپل برای ایرپادز پرو در نظر گرفت. اما به سرعت توسط تمام تولیدکنندگان هدفون پذیرفته شد. بعضی‌ها قبلا هم اینکارو میکردن اما اسمی که اپل روش گذاشت موندگار شد.
این ایده خیلی به حذف نویز ربط داره، به خاطر اینکه از همون میکروفون‌ها استفاده میکنه، تفاوت این روش اینکه بجای معکوس کردن سیگنال و استفاده از اون برای حذف نویز، حالت Transparency صدا رو مستقیما پخش میکنه. به این معنی که می‌تونید همزمان با گوش دادن به آهنگ صدای همه چیز در اطرافتون هم بشنوید. اگر در حال پیاده روی یا روی دوچرخه باشید این می‌تونه خیلی کاربردی باشه. به لطف آپدیت جدید، این قابلیت ممکنه به خیلی از هدفون‌های جدید که ANC دارن اضافه بشه.
آیا این قابلیت 100 درصد نویز رو ازبین میبره؟
خیر، این ویژگی معمولا بین 20-40 دسی‌بل نویز رو کاهش میده. اما بدلیل اینکه صدای هدست نزدیک‌تر به شما هست و صدای اطراف خیلی کمه معمولا نویز پس زمینه خیلی کم حس میشه. البته برای حذف نویز از چندین روش مختلف استفاده میشه که در ادامه براتون توضیح میدم.
حذف نویز اکتیو Feedforward:
این روش بدون شک ساده‌ترین روش برای حذف نویز اکتیو هست. با این تکنولوژی نویز توسط میکروفون‌هایی که خارج از هدفون قرار دارن ضبط میشه. این روش خیلی کاربردیه چرا که قرار دادن میکروفون در قسمت داخلی ایرباد‌های کوچیک واقعا سخته.
این روش از یک پردازنده سیگنال دیجیتال DSP یا یک پردازنده سخت‌افزاری جداگونه برای حذف نویز استفاده میکنه. قرار دادن میکروفون در قسمت خارجی مزایا و معایب خاص خودشو داره. اینکار برای حساسیت نویز بهتره و باعث میشه فرکانس‌های میانه بهتر حذف بشه. اما از طرفی قرار گرفتن در قسمت خارجی باعث حساسیت بیشتر نسبت به صدای باد و … میشه که ممکنه باعث عملکرد نامناسب‌تر باشه. چراکه وقتی هدفون روی گوش قرار داره این صداها متفاوت به گوش میرسن در مقایسه با قسمت بیرونی.
حذف نویز اکتیو Feedback:
در این روش میکروفون در قسمت داخلی قرار گرفته. به همین دلیل می‌تونه نویز رو دقیقا مثل چیزی که شما دریافت میکنید ذخیره کنه. این روش در برابر باد و … هم بهتر عمل میکنه اما چون در قسمت داخلی قرار داره و صداهای تیز و فرکانس بالا همونطور که گفتم کمتر از سطوح عبور میکنن، ممکنه نتونه فرکانس‌های بالا رو به خوبی حذف کنه. این تکنولوژی هم نیاز به یک پردازنده برای حذف نویز داره.
یک مشکلی که در این مورد وجود داره اینکه در این سیستم، ممکنه به اشتباه سیگناه حذف نویز خودش رو هم دریافت کنه و تلاش برای حذفش داشته باشه که باعث میشه حتی نویز بیشتر بشه و افزایش پیدا کنه. این خیلی کم ممکنه اتفاق بیوفته و در مدل‌های بی کیفت‌تر ممکنه شاهد چنین چیزی باشیم. اما به طور کلی این روش بیشترین و بهترین عملکردش روی حذف فرکانس‌های پایین هست که طول موج بیشتری دارن.
حذف نویز اکتیو هیبریدی چیه؟
ممکنه اسم این تکنولوژی رو هم اخیرا شنیده باشید، شیائومی هم یک هدفون با این قابلیت معرفی کرده. این مدل بهترین نتیجه رو در مقایسه با تمام مدل‌ها داره، نحوه عملکردش اینطوریه که از Feedforward و Feedback همزمان استفاده میکنه و برای هر شرایطی اونا رو پردازش میکنه. البته باید در نظر گرفت که این مدل معمولا خیلی گرونه. چون فقط از دو میکروفون استفاده میکنه و اینا اونقدری باید با کیفیت باشن که باعث نویز بیشتری نشن. اما بهترین کیفیت حذف نویز رو ازین محصولات می‌تونید دریافت کنید.
آیا حذف نویز واقعا مهمه؟
در حالیکه سازنده‌ها به ندرت در مورد نکات منفی و مثبت به طور کامل صحبت میکنن، اینکه بدونید در کل سه مدل از این تکنولوژی وجود داره کمک میکنه بهتر تصمیم بگیرید. اگر حس میکنید نویز فرکانس بالا تو محیط‌تون زیاده، بهتره از Feedforward استفاده کنید. اگر می‌خواید بهترین عملکرد در تمام فرکانس‌ها داشته باشید مدل هیبریدی می‌تونه تا حدودی اینو براتون تضمین کنه.
آیا هدفون‌های حذف نویز ANC می‌تونن صدای موزیک بلند یا تلویزیون رو هم کاهش بدن؟
به احتمال زیاد کمتر از چیزی که فکر میکنید موثر هستن، این سیستم‌ها روی فرکانس‌های ثابت بهترین عملکرد رو دارن، مثلا ترافیک یا بوق یا هوا و … . اما صدای موزیک و تلویزیون معمولا شامل انواع فرکانس‌ها و طول موج‌های مختلفی هست. از اونجایی که صدای موسیقی و صحبت‌کردن ثابت نیست، معمولا قبل از اینکه هدست شما بتونه نحوه حذف اونا رو محاسبه کنه تمام شدن. برای چنین چیزایی به پردازنده‌های بسیار قوی نیاز داریم مثل تکنولوژی که Nvidia در سری 20 و 30 استفاده کرده که می‌تونه هر صدایی در اطرافتون رو حذف کنه و زمان استریم یا حرف زدن با میکروفون، فقط صدای شما منتقل میشه حتی اگر توی مهدکودک باشین! برای دستیابی به چنین قدرت پردازشی در این ابعاد و قیمت سالیان سال زمان نیاز هست. بهترین روش برای ازبین بردن نویز تلویزیون و صدای افراد اینکه از نظر فیزیکی، با در‌های ضد صدا و … اونا رو مسدود کنید.
جمع بندی: به طور کلی اگر دوست دارید بهترین تجربه رو داشته باشید و در محیطی هستید که می‌تونید اونو ایزوله کنید، بهترین کار اینکه از روش‌های فیزیکی سنتی استفاده کنید، هدفون‌های پسیو هم تا حد زیادی می‌تونن در این زمینه بهتون کمک کنن. اما اگر در دفتر کار هستید و محیط‌هایی که کنترل صدای اطراف یا محیط دست شما نیست، و صداهایی مثل باد یا ترافیک (صداهای ثابت) اذیتتون میکنه، قابلیت ANC در صورتیکه بتونید باهاش سازگاری پیدا کنید می‌تونه بسیار مفید باشه.
تا حالا هدفون‌های ANC رو تست کردین؟