Содержание
Коротко: наушники с шумоподавлением не блокируют шум, они добавляют ещё звука. Звук — это волна высокого и низкого давления; добавьте её точную противоположность, низкое давление там, где у неё высокое, и две волны погасят друг друга почти до тишины. Микрофон снаружи чашки слышит приближающийся шум, чип переворачивает волну, а динамик воспроизводит её зеркальное отражение, и всё это за десятки микросекунд, пока сам шум не дошёл до уха. Второй микрофон внутри проверяет, что осталось, и исправляет это. Из-за этой гонки шумоподавление лучше всего работает на ровном низком гуле и гораздо хуже на голосах и внезапных звуках, которые приходится глушить амбушюрам.
Звук против звука
BBC Science Focus: "Noise-cancelling headphones cancel out unwanted sound by creating an opposing sound wave that mimics the noise you want to get rid of, but just 180° out of phase. This means that when one sound wave is at its highest peak, the other is at its lowest, effectively cancelling each other out. This is known as 'destructive interference'." («Наушники с шумоподавлением гасят нежелательный звук, создавая встречную звуковую волну, которая повторяет шум, от которого вы хотите избавиться, но сдвинута по фазе ровно на 180°. Это значит, что когда одна волна на самом высоком пике, другая — на самом низком, и они фактически гасят друг друга. Это называется „деструктивной интерференцией“».)
Высокое давление встречает низкое
The Physics Classroom: "Sound is a pressure wave that consists of compressions and rarefactions." («Звук — это волна давления, состоящая из сжатий и разрежений».) Сжатие — это "a high-pressure region" («область высокого давления»), разрежение — "a low-pressure region" («область низкого давления»). Когда они встречаются точно друг против друга: "The tendency of the compression to push particles together is canceled by the tendency of the rarefactions to pull particles apart; the particles would remain at their rest position as though there wasn't even a disturbance passing through them." («Стремление сжатия сблизить частицы гасится стремлением разрежений развести их; частицы остались бы в положении покоя, как будто через них не проходит вообще никакое возмущение».) Так "two sound waves would combine to produce no sound." («две звуковые волны сложились бы так, что звука не будет».)
Услышать, перевернуть, воспроизвести
Снова The Physics Classroom: "Such earphones capture sound from the environment and use computer technology to produce a second sound wave that one-half cycle out of phase." («Такие наушники улавливают звук из окружения и с помощью компьютерных технологий создают вторую звуковую волну, сдвинутую по фазе на полпериода».)
BBC Science Focus о деталях: "First, there is a microphone on the earcup to listen out for annoying external sound." («Во-первых, на чашке есть микрофон, который прислушивается к раздражающему внешнему звуку».) Затем "the 'out-of-phase' sound is created and then fed into the headphone speakers, along with the music you're playing." («создаётся звук „в противофазе“ и подаётся в динамики наушников вместе с музыкой, которую вы слушаете».)
Гонка длиной в десятки микросекунд
IEEE Spectrum (2018): "having microphones located so close to the ears means commercial headphones get just tens of microseconds to process incoming sound, calculate an antinoise signal, and play it through their speakers before the sound reaches the ears." («Из-за того что микрофоны расположены так близко к ушам, у серийных наушников есть лишь десятки микросекунд, чтобы обработать входящий звук, рассчитать сигнал антишума и воспроизвести его через динамики, прежде чем звук дойдёт до ушей».)
В воздухе при 20 °C звук распространяется со скоростью "v = 343 m/s" (The Physics Classroom). На условных 2 см шуму нужно около 58 мкс, чтобы пересечь чашку (наш расчёт: 2 см ÷ 343 м/с; глубину чашки не приводит ни один источник).
Второй микрофон проверяет остаток
SoundGuys: "With feedforward technology, the noise-capturing microphones are placed on the outside of the headphones." («В технологии feedforward микрофоны, улавливающие шум, расположены снаружи наушников».) И: "With feedback ANC, the microphone is located inside the ear cup" («в ANC типа feedback микрофон находится внутри чашки»), поэтому "You can think of feedback ANC as a self-correcting mechanism." («ANC типа feedback можно считать самокорректирующимся механизмом».) Гибридное ANC "combines both feedforward and feedback microphones and processing" («сочетает микрофоны и обработку обоих типов, feedforward и feedback»).
Лучше всего на ровном гуле
Срок — это и предел. IEEE Spectrum: "Such a tight computing deadline limits the performance of most active noise-cancellation technology, setting an upper limit on the frequencies it can actively cancel. This requires many headphones to shield the wearer's ears with sound-absorbing materials for higher frequencies." («Такой жёсткий срок на вычисления ограничивает возможности большинства технологий активного шумоподавления и задаёт верхний предел частот, которые они могут активно гасить. Поэтому многим наушникам приходится закрывать уши владельца звукопоглощающими материалами от более высоких частот».) У одной премиальной гарнитуры из статьи 2018 года был "active noise-canceling range of 0 to 1 kHz" («диапазон активного шумоподавления от 0 до 1 кГц»), а для остального она полагалась на "passive soundproofing material to dampen sounds in the 1- to 4-kHz range" («пассивный звукоизоляционный материал, глушащий звуки в диапазоне от 1 до 4 кГц»).
SoundGuys: "Active Noise Cancellation (ANC) systems work best on droning sounds that are constant in frequency and intensity. Because quick, irregular sounds like music sounds and people talking are over with long before your headset can calculate how to cancel them, the only noise attenuation your ANC headset will offer against annoying coworkers/TV noise is simply what sound they can physically block out." («Системы активного шумоподавления (ANC) лучше всего работают на гудящих звуках, постоянных по частоте и громкости. Поскольку быстрые, нерегулярные звуки вроде музыки и человеческой речи заканчиваются задолго до того, как гарнитура успеет рассчитать, как их погасить, против надоедливых коллег или шума телевизора ваша ANC-гарнитура даст лишь то ослабление, которое обеспечивает физическая преграда».)
BBC Science Focus: "It works best with lower frequencies, like transport noise" («Лучше всего это работает на более низких частотах, например с шумом транспорта»).
Почти тишина, а не тишина
SoundGuys: "you won't ever see 100% cancellation" («стопроцентного подавления вы никогда не увидите»). BBC Science Focus: "while it can't erase unwanted sound entirely" («хотя полностью стереть нежелательный звук оно не может»).
Вывод
- Шумоподавление — это звук против звука: противоположная волна в сумме даёт почти тишину.
- Это гонка: услышать, перевернуть и воспроизвести за десятки микросекунд, пока шум не пересёк чашку; микрофон внутри исправляет остаток.
- Поэтому оно отлично справляется с ровным гулом и слабо — с голосами и внезапными звуками: с ними работают посадка и амбушюры.
Источники
- BBC Science Focus, How do noise-cancelling headphones cancel sounds?, 18 октября 2020 года
- J. Hsu, IEEE Spectrum, New Wireless Noise-Canceling Tech Is Faster Than the Speed of Sound, 5 сентября 2018 года
- C. Thomas, SoundGuys, Active noise canceling (ANC) technology types explained, обновлено 16 октября 2025 года
- The Physics Classroom: Interference and Beats, The Speed of Sound
Видео анимировано кодом, а сценарий написан с помощью ИИ; каждая цитата выше сверена с источником, а 58 мкс с пометкой «наш расчёт» посчитаны нами для условных 2 см. Условно показано: формы волн, рисунок чашки и её детали, 2 см и гарнитура. Диапазоны 0–1 кГц и 1–4 кГц относятся к одной премиальной гарнитуре, о которой сообщалось в 2018 году (IEEE Spectrum), а не ко всем. Видео озвучено на английском. Сделано в Shotloop — моём бесплатном Mac-приложении для объясняющих видео из кода, которые правятся по одной сцене за раз.
