Como funciona o cancelamento de ruído em fones de ouvido e por que ele não salva de todos os sons externos

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 04:08

A física implacável impede que os sistemas de cancelamento de ruído criem um silêncio perfeito.

Em 2020, devido à transição para o teletrabalho, muitas pessoas precisavam de fones de ouvido para se comunicar com colegas em conferências online e se distanciar dos membros da família. Os gadgets com cancelamento de ruído ganharam popularidade particular: eles ajudaram a focar melhor no trabalho devido ao fato de que reduziram o nível de ruído externo.

Mas esses modelos existem há muito tempo: os fones de ouvido domésticos com sistema de cancelamento de ruído foram lançados pela primeira vez em 1989. Mais recentemente, a Apple chamou a atenção para esse recurso com o lançamento do AirPods Pro e, em seguida, do AirPods Max.

Muitos esperam que os fones de ouvido com cancelamento de ruído "desliguem" completamente o som ambiente e ficam desapontados quando isso não acontece. Para entender por que a tecnologia não imita o botão Mudo, você precisa entender como ele funciona.

Como funciona o cancelamento de ruído ativo

A tecnologia de cancelamento de ruído ativo migrou dos militares para os eletrodomésticos: já em meados do século 20, esses sistemas eram usados para reduzir o nível de ruído nas cabines de aeronaves e helicópteros. Os primeiros fones de ouvido com cancelamento de ruído ativo na orelha foram criados para helicópteros em 1957.

Para uso doméstico, a tecnologia foi adaptada pela Bose - foram seus fones de ouvido que se tornaram os pioneiros no cancelamento de ruído no mercado de eletrônicos de consumo em 1989.

O princípio de funcionamento é o seguinte: o sistema de microfone detecta o nível de ruído ao redor dos fones de ouvido, e então um sinal com a mesma amplitude, mas em antifase, é reproduzido nos alto-falantes. Como resultado, as ondas de ruído e anti-ruído se suprimem mutuamente. Obviamente, para que uma onda antifásica seja criada, os fones de ouvido devem ser conectados a algum tipo de fonte de alimentação, razão pela qual esse sistema é chamado de ativo.

Implementá-lo na prática não é tão fácil quanto parece. É tudo sobre a própria natureza do som. Gerar um sinal em antifase é uma tarefa difícil: deve ser concluída com rapidez e precisão. Rápido, porque o ruído pode mudar, por exemplo, em um café, seja xícaras batendo em pires, ou alguém sendo parabenizado pelo aniversário, ou seja, um som de fundo instável e você precisa se ajustar a ele. Exatamente, porque o desvio entre fase e antifase pode levar a distorções desagradáveis.

É por isso que o Cancelamento Ativo de Ruído é melhor para lidar com sons monótonos de baixa frequência, como o zumbido dos motores de aeronaves ou ventilação. Eles têm uma amplitude mais ou menos constante, e o comprimento de onda em baixas frequências é bastante grande e perdoa alguma discrepância de sinal na fase e na antifase. No caso de um café, a base do ruído é criada por sons de média e alta frequência, para os quais o comprimento de onda é muito mais curto e a amplitude muda mais acentuadamente - eles têm requisitos mais elevados para um sinal antifásico.

Os modernos sistemas de cancelamento de ruído ativo ainda não têm capacidade de computação suficiente para silenciar as conversas de estranhos e o barulho repentino. Mas eles lidam bem com o ruído de fundo monótono.

Como funciona o cancelamento de ruído passivo

Além do cancelamento de ruído ativo, há também o cancelamento de ruído passivo. Pode-se dizer que isso é à prova de som: você coloca fones de ouvido - e tudo ao redor fica abafado. Não requer eletricidade e depende apenas de quão bem o dispositivo se encaixa nas orelhas e na cabeça. Se houver alguma lacuna, o ruído será ouvido.

É por isso que os fones de ouvido vêm com vários pares de fones de ouvido, de tamanhos diferentes: as orelhas de cada pessoa são diferentes e às vezes não é fácil encontrar as almofadas de ouvido perfeitas. Se eles não se encaixarem com muita firmeza, o gadget não fornecerá o nível adequado de isolamento acústico.

Mas bocais perfeitamente combinados amortecem com eficácia exatamente o mesmo ruído que o cancelamento de ruído ativo não consegue lidar: frequências médias e altas, sons agudos e repentinos. Pois este circuito não depende da velocidade da eletrônica, mas simplesmente abafa tudo ao seu redor, embora não para completo silêncio.

O cancelamento de ruído passivo também desempenha um papel significativo em fones de ouvido de tamanho normal com copas grandes. Quanto mais apertadas as almofadas de ouvido são pressionadas contra sua cabeça, menos ruído você ouve e menos pessoas que estão por perto saberão sobre sua música. Mas se você puder trocar acessórios inadequados para fones de ouvido intra-auriculares, nada poderá ser feito com os de tamanho normal que não se encaixam bem na cabeça.

E, ao mesmo tempo, o silêncio perfeito com tal dispositivo não pode ser alcançado. A razão novamente está na natureza do som e nos materiais. O som se propaga onde quer que haja um meio. Obstáculos físicos podem impedi-lo, então você pode simplesmente cobrir os ouvidos com as mãos e afogar o mundo ao redor.

No entanto, para obter um isolamento acústico completo, devem ser usados materiais especiais de absorção de som.

Lembra-se dos grandes fones de ouvido de construção usados para proteger contra sons ásperos como uma britadeira? Não há preenchimento eletrônico neles - eles simplesmente cobrem os ouvidos, criando uma barreira física para ruídos e liberando suas mãos. Ao mesmo tempo, eles ainda não oferecem um silêncio completo: a britadeira é audível, embora monótona.

Para obter o máximo de isolamento de som nesses fones de ouvido, você precisa adicionar mais material absorvente, o que os tornará visivelmente mais pesados e volumosos. Agora imagine que você terá que conectar todos os eletrônicos necessários aos fones de ouvido que já estão ganhando peso. O modelo ficará muito pesado.

É claro que os fabricantes estão aprimorando tanto os materiais com os quais os fones de ouvido são feitos quanto seu enchimento eletrônico, mas ainda estão longe de criar o silêncio ideal. Agora, eles estão tentando encontrar um equilíbrio entre o conforto de uso e a eficiência das funções oferecidas.

O que afeta a qualidade da redução de ruído

Existem muitas empresas no mercado que oferecem fones de ouvido com cancelamento de ruído ativo, mas como saber quem tem o melhor?

Você pode dar uma olhada nas características. Por exemplo, quanto mais microfones trabalhando no sistema de redução de ruído, mais precisamente o nível de zumbido do ambiente será lido e mais corretamente o sinal antifase será construído. Quanto mais poderoso e moderno for o processador, mais rápido o sistema responderá às mudanças no ruído ao redor. Em teoria.

Algumas empresas ainda oferecem algoritmos de redução de ruído personalizados, como Sony, Bose, Samsung, Apple. Fones de ouvido equipados com esses sistemas, além de microfones que ouvem o ruído externo ao aparelho, também possuem microfones que captam o ruído interno.

Durante a calibração, os fones de ouvido reproduzem os sinais de teste e os mesmos microfones internos leem a resposta. Com base nos resultados da calibração, o algoritmo de redução de ruído corrige seu trabalho: agora está ajustado à geometria de orelhas e cabeça específicas.

O isolamento de som passivo também afeta a operação do sistema de redução de ruído ativo. Se os fones de ouvido estiverem soltos e passarem por ruído, o sinal antifase não funcionará com a mesma eficácia. A maioria dos fones de ouvido com cancelamento de ruído ativo de tamanho normal apresentam almofadas de ouvido grandes e macias que abraçam as curvas de sua cabeça para máximo isolamento de som.

Como não cair nos truques dos profissionais de marketing

O problema dos fones de ouvido com cancelamento de ruído é que as empresas estão mentindo: nos comerciais, quando o cancelamento de ruído é ativado, a festa é substituída por um silêncio retumbante, o lugar das rodas do trem é tomado por prados alpinos serenos e o bebê gritando o próximo assento se dissolve na névoa.

Mas, devido à física do próprio processo de redução de ruído, não é realista obter tal efeito. Inicialmente, a propósito, a empresa Bose honestamente chamou seus fones de ouvido Noise-Reducing - "redução de ruído", mas depois, como outros, mudou para o termo Noise-Canceling - "cancelamento de ruído".

Como resultado, os usuários, na esperança de silêncio, descem em tais fones de ouvido no metrô, ligam o cancelamento de ruído … O uivo do vento no túnel desaparece, mas os alunos que falam em passar a sessão com a angústia de Stanislávski não. E a maneira como alguém tossiu por perto pode ser ouvida. Maçante, mas ainda audível.

Onde estão meu silêncio prometido, prados e frescor alpino? Em sonhos. Porque a tecnologia ainda não atingiu esse nível.

Ao mesmo tempo, em materiais de marketing, os desenvolvedores gostam muito de se gabar do fato de que seu sistema oferece redução de ruído, por exemplo, de até -15 dB. A primeira coisa a que prestamos atenção é a palavra "antes". A segunda é que não é especificado em quais condições esses −15 dB podem ser alcançados. Ou seja, existem alguns números, mas como compará-los com a realidade não está muito claro.

Outro truque é a substituição de conceitos. Acontece que, na descrição dos fones de ouvido, o cancelamento de ruído é um sistema que amortece o ruído durante a transmissão de voz durante as ligações. Ou seja, seu interlocutor ouve você com mais clareza. Mas não afeta a supressão de ruído externo ao ouvir música.

Qual é o resultado final

Não existe tecnologia de cancelamento de ruído na forma em que é apresentada pelos departamentos de publicidade dos fabricantes de fones de ouvido. Além disso, o efeito disso é individual e depende dos parâmetros físicos de um determinado ouvinte. Para alguns, os fones de ouvido de tamanho normal fornecem isolamento de som passivo adequado para que o cancelamento de ruído ativo funcione bem. E em outra pessoa, por exemplo, devido a uma estrutura diferente das maçãs do rosto, os fones de ouvido não caberão tão firmemente e o algoritmo será ineficaz. Portanto, tudo precisa ser experimentado.

Os modelos com cancelamento de ruído ativo são adequados para quem viaja muito em transporte: em ônibus, trens e aviões. A principal característica desses fones de ouvido é a capacidade de abafar o zumbido monótono de baixa frequência, e é ele quem mais o acompanha nas viagens. Eles diferem no cancelamento de ruído ativo de alta qualidade, por exemplo:

• Sony WH - 1000XM4,
• Soundcore Liberty Air 2 Pro,
• Sennheiser Momentum True Wireless 2,
• Marshall Monitor II ANC,
• Samsung Galaxy Buds Pro.

Aqueles que estão tentando escapar de escritórios e residências barulhentos devem prestar atenção especial ao encaixe dos fones de ouvido e procurar modelos que se encaixem o mais próximo possível da cabeça ou do canal auditivo. Esses fones de ouvido reduzem o nível de todo o ruído ao redor, incluindo vozes. Mas você não pode escolhê-los de acordo com o conselho: você precisa experimentá-los.

Se você encontrar um modelo que se encaixa perfeitamente e perfeitamente e vem com Cancelamento Ativo de Ruído, pode se alegrar: você obtém o melhor dos dois mundos. Mas você ainda não consegue alcançar o silêncio perfeito.