Z systemami ANC (ang. Active Noise Cancellation) spotykałem się wielokrotnie, a jako konsument chyba pierwszy raz w swoich AKG K390 NC. Były to czasy, w których słuchawki tego typu dopiero raczkowały. Dziś systemy aktywnej redukcji szumów rozwinęły i rozpowszechniły się na tyle, że spotkać je można w różnych modelach. Nie zawsze jest to implementacja sensowna, ale też czasami system ten może teoretycznie kiepską sytuację odwrócić o 180 stopni, a o czym przypomniały mi ostatnio Motorole MotoBuds+. Jest to naprawdę fajny case study, dlatego to właśnie na ich przykładzie pochylimy się nad kolejnym ciekawym tematem, często pomijanym przez wszystkich, i jednocześnie może też takim suplementem do ich recenzji: jak to działa i przede wszystkim kiedy ma sens?
Krótka historia i zasada działania systemu ANC
Historia powstania systemu ANC jest bardzo prosta i tak też postaram się ją opisać. System ANC rejestruje docierającą do nas z zewnątrz falę dźwiękową, po czym przekazuje ją do wnętrza naszego ucha w formie przeciw-fazy, w efekcie negując falę pierwotną. Działa to bardzo podobnie, jak metoda testów różnicowych. A właściwie identycznie. Metoda ta służy wyłapywaniu różnic między dwoma nagraniami audio. Jeśli obie fale się wyzerują, efektem końcowym będzie delikatny szum. Jest to też taki troszkę paradoks systemu ANC.
System nie jest rzeczą nową. Idea została opracowana jeszcze przed II Wojną Światową, bo w 1933 r. przez Paula Luega. Komercyjnie została wprowadzona na rynek w 1950 r. przez inż. Lawrence’a J. Fogela. W słuchawkach przeznaczonych dla robotników znalazł się dopiero w 1957 r., natomiast w lotnictwie został wprowadzony przez Bose w 1989 r. To dokładnie ta sama firma, która widnieje na pudełku MotoBuds+.
W skład systemu ANC – z racji swojej aktywności – musi wchodzić zestaw mikrofonów rejestrujących dźwięk z zewnątrz, układ zajmujący się odwracaniem dźwięku w fazie i podawaniem go dalej, a najlepiej posiadający w sobie wyspecjalizowany algorytm zwiększający skuteczność takiego mechanizmu, jak również ogniwo zasilające, gdyż całość musi być zasilana elektrycznie, aby mogła pracować. Dlatego systemy ANC znaleźć można w zasadzie wyłącznie w słuchawkach z zasilaniem aktywnym. Nawet wspomniane AKG K390 NC, choć nie były modelem TWS, miały przymocowany na stałe moduł zasilany jedną baterią AAA.
Warunek skuteczności systemu ANC
Wiele osób myśli, że sama obecność systemu ANC będzie z automatu gwarantem dobrej izolacji. Jest to rozumowanie fundamentalnie błędne.
Podstawowym warunkiem jakiejkolwiek skuteczności systemu ANC w słuchawkach jest zapewnienie jak największej szczelności słuchawki. Tyczy się to zarówno komory przetwornika (puszki słuchawki), jak i siedzenia w uchu (lub na głowie).
W słuchawkach pełnowymiarowych musiałoby to wiązać się z mocnym przyleganiem do głowy, coś na wzór ochronników słuchu. Dlatego najczęściej ANC znaleźć można w słuchawkach kompaktowych, jak np. dawniej AKG K480 NC oraz dokanałowych, takich jak Motorole MotoBuds+.
Inne firmy co prawda próbują implementować system ANC do modeli dousznych (np. Edifier W320TN) czy ogólnie nietypowych (Huawei FreeClip), ale z różnym szczęściem. Te zależne jest głównie od tego, czy nasza anatomia jest kompatybilna ze słuchawkami. Tak, to nie słuchawki mają być dopasowane do nas, tylko my mamy być dopasowani do słuchawek.
Dlatego osobiście wolę rozwiązania dokanałowe, ponieważ w takich konstrukcjach najczęściej to, czego szukamy i oczekujemy, to dyskrecja i izolacja od otoczenia. W dużych słuchawkach, które co do zasady preferuję, nie da się tego uzyskać bez poniesienia kosztów w wygodzie. W dokanałówkach nie ma z tym problemu. Stąd traktowanie ich przeze mnie bardziej jako słuchawki sytuacyjne i specjalistyczne. System ANC jest tego naturalnym wzmocnieniem i zwiększeniem skuteczności izolacji od otoczenia. A przynajmniej teoretycznie.
Dlaczego jedne słuchawki ANC tłumią lepiej, inne gorzej?
I tu dochodzimy do sedna. Aby system ANC był skuteczny, nie należy zapewnić mu tylko izolacji pasywnej, ale wiele zależy też od samego algorytmu i jakości oraz ilości użytych mikrofonów, jak również przetwornika. Im wierniejszy dźwięk rejestrowany przez mikrofony i obejmujący większy zakres pasma przenoszenia, w połączeniu z lepszej jakości przetwornikiem generującym dźwięk, tym można uzyskać wielokrotnie mniejsze odchylenia fali dźwiękowej po neutralizacji.
W tańszych słuchawkach zastosowanie gorszej jakości mikrofonów (i w mniejszej ilości) oraz gorszego, być może mocno equalizowanego przetwornika, jak również słabej ergonomii i co za tym idzie izolacji pasywnej, skutkować będzie mocno zredukowaną skutecznością systemu ANC. Być może nawet na granicy stwierdzenia, czy system ten w ogóle istnieje i coś daje.
Tu przykładem takich słuchawek były dla mnie dawniej Audictus Dopamine PRO, które będąc słuchawkami TWS, niestety z racji dużych problemów natury wygody i samej skuteczności systemu ANC, jeszcze bardziej obniżały jego skuteczność, sprowadzając ją praktycznie do zera. Jeśli dobrze pamiętam, cena zakupu słuchawek wynosiła wtedy coś koło 300 zł.
Jeśli słuchawki są znacznie wygodniejsze, a uzyskanie akceptowalnej izolacji pasywnej jest łatwiejsze, to lepsza jakość mikrofonów i algorytmu generującego cyfrowo przeciw-fazę oraz samych przetworników po prostu daje wielokrotnie lepsze efekty. Do tego stopnia, że przewyższa to z naddatkiem to, co otrzymujemy wyłącznie w trybie pasywnym.
Na potencjał izolacji trzeba niestety patrzeć z szerszej perspektywy, dlatego sama obecność systemu ANC nie jest jeszcze gwarantem skuteczności odcinania nas od otoczenia. Niestety jako konsumenci często nie mamy możliwości stwierdzenia tego zza ekranu monitora. Trzeba albo sprawdzać to zawsze indywidualnie, albo po prostu zaufać komuś, kto siedzi w tej tematyce i może jakkolwiek orientacyjnie wskazać, z którymi słuchawkami uzyskamy szansę na najlepsze efekty.
ANC nie zastąpi ochronników słuchu
No właśnie. Jest to często spotykane przeze mnie oczekiwanie użytkowników słuchawek wobec systemu ANC. Być może to tylko wrażenie, ale zdarza się, że są one bardzo mocno oderwane od rzeczywistości: ANC ma być ciszą absolutną, -100 dB do otoczenia, nawet grzmoty i błyskawice mają być wykrojone do zera. Niestety, to tak nie działa.
Testowałem do tej pory sporo słuchawek ANC i jeszcze żadna para nie odcięła mnie od dźwięku z otoczenia w sposób absolutny. I nigdy tego nie zrobi, bo nie ma na to szans. Nie jest to automatyczne przejście w defensywę, bo nawet najlepszej jakości mikrofony i algorytmy nie uwzględniają tego, że my sami jesteśmy odbiornikiem dźwięku. Nawet jeśli zablokujemy sobie uszy, do gry wchodzi przewodnictwo kostne i rezonanse przenoszone przez nasze ciało.
Jeśli ktokolwiek próbował spać w cichym pomieszczeniu z np. zatyczkami do uszu, być może słyszał bicie swojego serca, albo (nadal) hałasujących sąsiadów dwa piętra wyżej, jeśli to właśnie było powodem ich użycia. Gdy jeszcze mieszkałem w Elblągu, a było to na siódmym piętrze pewnego uroczego bloku z przemiłymi ludźmi widzącymi rzeczy, których nie ma (coś jak audiofile, tylko że z oczami w roli głównej zamiast uszu), na dziewiątym miałem typowych „imprezowiczów”. 2:00 w nocy, ludzie śpią, ale nie oni. Prawdziwi wojownicy, którzy dzielnie walczyli z ciszą, jako swoim największym wrogiem, uporczywie nie chcąc złożyć broni. Wszystkich w swoim pionie brali przy tym na (przez 99% czasu niemych) świadków swych heroicznych zmagań. Niemniej spać było trzeba, bo taka natura człowieka i innych zwierząt dziennych, toteż szły w ruch zatyczki do uszu. A jednak nadal słyszałem rege, rapsy i inne gatunki muzyczne daleko mi na co dzień obce. I o ile jestem bardzo otwartą osobą na różne inne nuty muzyczne, to powiedzmy, że o 2:00 w nocy preferuję jednak regenerację aniżeli poszerzanie swoich horyzontów muzycznych wbrew własnej woli o muzykę, ponad którą wyżej jednak ośmieliłbym się postawić piosenkę z bazy bandytów w Stalkerze. Zapętloną na 10 godzin.
Tak więc zatyczki zainstalowane, podusia mięciutka wzywa, a tu nadal umcyk umcyk. Pierwsza myśl, że zatyczki słabej jakości, toteż wstaję i… a cóż to? Jest znacznie lepiej. Kładę się… znów słyszę muzykę. Czyli to nie zatyczki. To łóżko zaczęło rezonować. Być może dlatego, że raz, iż było dosunięte do ściany, a dwa, że na podłodze były panele, których konstrukcja ogólnie nie była mi znana (nie wiem jakie podkłady o jakiej grubości zastosowano i czy w ogóle). Ale raczej problemem były ściany, gdyż odsunięcie łóżka dosłownie o parę cm względnie rozwiązało problem.
Drgania powierzchniowe i przewodnictwo kostne są doprawdy fascynujące.
Tak się złożyło, że następnego dnia miałem w planach akurat testowanie kolumn, które przyjechały na testy z hurtowni Mozos. Okazało się, że nasi wojownicy nie są specjalnymi fanami sine wave’ów i nie wiedzą, że ktoś poniżej zrobił sobie w mieszkaniu studio fotograficzno-pomiarowe. Próbowali kontrować mnie swoimi własnymi kolumnami, ale biorąc pod uwagę, że głowy dostatecznie już im pękały od kaca, sami szybko doszli do wniosku, że robią sobie podwójną krzywdę.
A najgorsze w całej tej historyjce jest to, że teraz przez tydzień będę znów miał w głowie Bandit Radio.
ANC a efekt mikrofonowy
W każdym razie, jest to ciekawy przykład na to, że nawet zablokowanie naszych uszu nie musi oznaczać odcięcia dochodzenia do nas dźwięków z zewnątrz. Identycznego efektu doświadczymy w autobusach komunikacji miejskiej czy pociągach, gdzie poziom drgań, zwłaszcza w spektrum niskich tonów, jest dość duży. A nawet podczas chodzenia (głuche dudnienie od kroków) czy pocierania kablem słuchawek o koszulkę. Jest to tzw. efekt mikrofonowy.
System ANC nie wpływa na jego występowanie, ale może się tak zdarzyć, że bardzo ładnie uzupełni skutecznością izolację pasywną mającą mniejszą skuteczność własną i przez to mniej przenosząc drgania ciała do wnętrza kanału usznego.
Zabrałem MotoBuds+ na przechadzkę, aby sprawdzić, czy i w jakim stopniu tenże efekt występuje. Okazało się, że jest on minimalny. Być może jednak nie stawianie na absolutną izolację pasywną było celowym posunięciem? Do tego w koniunkcji z ANC, naprawdę robiło się bardzo komfortowo. Co prawda słyszałem jadące obok samochody (szum opon), a nawet pracującą wysokonapięciową linię transmisyjną 220kV (biegnie nad ścieżką i jezdnią), ale pozwalało to zachować minimum orientacji w otoczeniu. Najważniejsze z tego były kroki, które drgania przenosiły poprzez słuchawki w niewielkim stopniu. Czym może to skutkować na dłuższą metę?
Ogromnym poczuciem zmęczenia słuchu czy wręcz bólami migrenowymi. Paradoksalnie właśnie przez nie aż tak bezwzględną izolację pasywną (lub wykorzystując np. pianki), ale w połączeniu z bardzo dobrym systemem ANC, można osiągnąć największy komfort użytkowania. Zabrałem ze sobą dla porównania całkowicie pasywne izolacyjnie KZ ZSX z modułami TWS AE01. Izolacja pasywna była ze wskazaniem na ZSX, ale było to maksimum, jakie udało mi się osiągnąć. Efekt mikrofonowy był bardziej słyszalny niż w przypadku MotoBudsów.
Co ciekawe, recenzowane niedawno NB Audio SkeLeTon miały również bardzo niski efekt mikrofonowy, ale tu wiązało się to po prostu z gorszą izolacją wynikającą z pewnych problemów anatomicznych, które uniemożliwiały mi notorycznie złapanie dobrej szczelności, przynajmniej na jednym uchu.
Izolacja absolutna nie istnieje?
Ale nawet eliminując temat drgań z naszych rozważań, jak pisałem nie będzie to 100% skuteczność izolacji od otoczenia. Najlepszą dadzą nam połączenia słuchawek TWS z ANC ze wspomnianymi ochronnikami słuchu. W myśl zasady „jeśli coś jest głupie, ale działa, to to nie jest głupie”.
Poziom izolacji od otoczenia staje się wówczas tak duży, że aż trudno w to uwierzyć i jedynie wspomniane drgania mogą nam przypomnieć o tym, że na zewnątrz jest jakiś hałas. Ochronniki słuchu w bardzo dużym stopniu ograniczają dźwięki z zewnątrz, co ułatwia mocno pracę słuchawkom. Kiedyś bawiłem się tak z poczciwymi Creative EP630, ale dziś mam lepsze zabawki.
Potraktowałem tak Motorole i byłem w autentycznym szoku jak to się świetnie sprawdza w praktyce, nawet podczas operowania elektronarzędziami. Pasywna izolacja podnosi się bardzo mocno, co powoduje, że uzupełnia się z tą ze słuchawek, zaś mikrofony mają uproszczone zadanie i nie muszą rejestrować dźwięku w tak szerokim paśmie. Oczywiście wygoda również ulega redukcji, a w autobusie będziemy wyglądać w takiej konfiguracji dość komicznie, ale jak zawsze: coś za coś.
Należy jednak korzystać z takiej kombinacji z absolutną rozwagą, bowiem słuch może nas ostrzec o wielu niebezpieczeństwach dookoła, a z dźwięków płynie całe bogactwo informacji pozwalających na świadomość toczącego się życia wokół nas.
Podsumowanie
Tak oto przebrnęliśmy sobie przez najpopularniejsze myślę zagadnienia tyczące się mechanizmów aktywnej redukcji szumów w słuchawkach. Znamy już warunki brzegowe dla skutecznego zastosowania ANC, a także zależności, jakie należy spełnić, aby dana implementacja w ogóle miała sens.
Przykład MotoBuds+ pokazuje, że można zainstalować taki system w niespecjalnie drogiej konstrukcji i uzyskać super efekty, jeśli tylko zrobi się to porządnie i z głową. Z kolei przykład Dopamine PRO pokazuje (pokazywał), jak nie powinno się tego robić. Na szczęście tych drugich na rynku już nie uświadczymy, gdyż ich produkcja została zakończona (i szczerze mnie to nie dziwi), toteż być może rynek sam się weryfikuje co do tego, co jest dobre, a co nie. A że świat boryka się coraz bardziej z problemem hałasu otoczenia, systemy ANC będą coraz częściej spotykane i jednocześnie skuteczniejsze.
Należy jednak pamiętać, że ANC jest najczęściej funkcją uzupełniającą w słuchawkach, która ma nam umożliwić lepsze skupienie się na muzyce oraz nie folgowanie sobie z głośnością, aby zagłuszyć otoczenie. Na swój sposób jest więc ochronnikiem słuchu, ale tylko w takim znaczeniu. Nie zastąpi nam ani zdrowego rozsądku związanego z przytomnym operowaniem głośnością, ani rzeczywistej ciszy idącej w stronę absolutu, ani też nie jest samo w sobie gwarantem dobrej izolacji tylko dlatego, że słuchawki są w aktywną redukcję szumu wyposażone. Dopiero w ramach całości, jako projektu słuchawek, może mieć to ręce i nogi.
