Когда дело касается наушников, есть одна штука, которую я раньше никак не мог понять. Все, с кем я обсуждал этот вопрос, тоже не могли сообразить в чем дело. Речь идет о феномене, который я называю «заложенным ухом». Такое случается, когда слушаешь музыку в наушниках с шумоподавлением.

Бывает, наденешь наушники, включишь шумоподавление и чувствуешь себя будто едешь в лифте на большой скорости: давление окружающей среды становится ниже, а внутреннее давление в голове начинает немного выталкивать барабанные перепонки наружу. Для многих людей, включая меня, эта проблема настолько серьезна, что хочется просто взять и убрать в ящик новые дорогие наушники с шумоподавлением. И больше не доставать.

До недавних пор самыми «проблемными» в плане закладывания ушей считались накладные наушники Bose QC25 и QC35 II. Тем не менее, если вы часто пользуетесь общественным транспортом и летаете на самолетах, то вероятно могли заметить, насколько популярны эти модели. Дело в том, что некоторые просто не чувствуют неприятного эффекта в ушах, а другие не обращают на него внимания.

Я заметил, что с наушниками Bose QC20 и QC30 никаких проблем нет, хотя эти вставные наушники тоже снабжены шумоподавлением, как и накладные версии.

В прошлом году Sony выпустила наушники WH-1000XM3. Эта модель, как мне показалось, обладает более качественным шумоподавлением, чем аналоги от Bose. К сожалению, я и некоторые мои коллеги заметили, что в WH-1000XM3 уши закладывает так же, как и в Bose QC35 II. Этого я и боялся, хоть и надеялся на лучшее.

После общения с опытными людьми, которые работают в сфере продаж наушников, я понял, что вразумительного ответа никто дать не может. Чаще всего человек говорил мне, что он «тоже удивляется откуда берется этот эффект». Я решил поискать в Интернете, но ни одно из объяснений не показалось мне заслуживающим доверия. Например, кто-то предположил, что функция шумоподавления настолько эффективна, что мы слышим, как кровь проходит по нашим ушам...

Прошлой осенью я даже сделал специальный прибор, чтобы замерить давление внутри самих наушников. Мое оборудование смогло уловить изменения, вызываемые легкими нажатиями на чаши наушников, однако никаких перепадов давления при включении шумоподавления зафиксировано не было. Я долго думал и понял, что здесь ничего удивительного нет: если бы в наушниках создавалось дополнительное давление, то его можно было бы снизить, просто немного пошевелив амбушюры.

Спустя немного времени, я вспомнил, что у меня есть знакомый инженер, который раньше работал над технологиями шумоподавления и получил несколько патентов. Я решил, что этот ученый поможет мне найти ответ, так как напрямую он не связан ни с одним производителем и брендом. Через общего знакомого я вышел на инженера в Skype. По его просьбе я не буду называть его имени, но он стал первым, кто смог рассказать что-то полезное.

Прежде, чем продолжим, вам нужно понять, как именно работают наушники с шумоподавлением. Во всех шумоподавляющих наушниках есть внутренний микрофон, расположенный недалеко от уха. Этот микрофон улавливает все звуки внутри чаши: музыку из динамика и просачивающийся окружающий шум. Все захватываемые микрофоном звуки подаются «обратно в наушники» в противофазе музыкальному сигналу. Таким образом, шумоподавляющая схема может отделить шум от музыки. Получается так: извлеченный шумовой сигнал подается обратно на усилительный вход и динамики воспроизводят этот шум в противофазе поступающему шуму, что позволяет полностью избавиться от внешних звуков.

Эта технология называется «обратным шумоподавлением». Более продвинутые наушники, включая Bose QC35 II и Sony WH-1000XM3, дополнительно снабжаются прямым шумоподавлением, предполагающим один или два микрофона снаружи на корпусах. Шум, который ловят микрофоны инвертируется по фазе и подается на динамики. Такая «двойная» система шумоподавления является наиболее совершенной на сегодняшний день.

А вот и ответ

Согласно словам инженера, ощущение заложенности ушей обусловлено психосоматическим эффектом и не связано с перепадами давления. Так получается из-за нарушенного баланса между звуками, которые вы привыкли слышать. «У людей иногда возникают похожие ощущения в безэховых камерах, где происходит полное поглощение высоких частот. С шумоподавлением в наушниках все обстоит примерно так же, с той разницей, что подавлению подвергаются низкие частоты, но эффект аналогичен», — объясняет специалист.

«В наушниках с шумоподавлением, — продолжает инженер, — подавление зависит от инвертирования волн. Проблем с басами нет — низкочастотные волны очень длинные. Однако в высокочастотном диапазоне необходимо снижать подавление до нуля, потому что здесь волны короче и в наушниках может появиться свист».

Суть в том, что на высоких частотах длина волн значительно короче, по этой причине подавляющий сигнал может, наоборот, усилить определенные частоты. Свист, о котором говорит инженер, следует трактовать как фидбэк сигнала. Технически это похоже на то, что происходит, когда вы подносите микрофон к мониторной колонке. Звуковые волны из динамика доходят до микрофонной диафрагмы, которая направляет сигнал обратно в акустическую систему. Сигнал усиливается и снова улавливается микрофоном. В результате вы получаете самоусиливающуюся сигнальную петлю — свист, который продолжается до тех пор, пока не уберешь микрофон от колонки.

Чтобы избежать свиста, шумоподавление в наушниках ограничено специальной фильтрующей схемой. Именно этот фильтр и является причиной «нарушенного баланса между звуками, которые вы привыкли слышать».

«Я много экспериментировал с шумоподавлением в режиме реального времени. Регулируя настройки фильтрации, я мог добиться максимального уровня подавления и тогда я чувствовал тот самый эффект перепада давления. Эффект заложенности особенно сильно ощущается при резком скате фильтра, который необходим для максимального уровня шумоподавления на низких частотах», — сказал специалист.

Ниже на графике показана работа систем шумоподавления разных наушников. Красная стрелка указывает на тот самый скат фильтра, о котором говорил инженер. Как видите, наушники Bose QC35 II и Sony WH-1000XM3 обладают самым сильным шумоподавлением на низких частотах. Максимальный уровень подавления шума прослеживается в диапазоне от 100 до 300 Гц, а потом идет резкий переход к нулевому подавлению на частоте 1 кГц. Все, что идет от 1 кГц и выше, обусловлено пассивной изоляцией, которую обеспечивает сама конструкция наушников (от активного шумоподавления в этом диапазоне ничего не зависит). В наушниках Sony WH-H900N эффект заложенности не столь ощутим — эта модель, как видно из графика, обладает более плавным переходом фильтра. В наушниках NAD Viso HP70, как мне кажется, вообще не закладывает уши: эта модель не отличается высоким уровнем шумоподавления, и фильтр охватывает более узкий диапазон частот.

Обратите внимание, показатели наушников Bose QC20 похожи на показатели QC35 II и WH-1000XM3, но мне лично кажется, что QC20 не вызывают заложенности ушей. Почему так? Этот вопрос я задал инженеру.

«Мне не попадались вставные наушники с хорошим активным шумоподавлением. Большинство таких наушников плохо справляются с задачей. В теории вставные наушники должны обеспечивать хорошую пассивную шумоизоляцию. Именно пассивная изоляция и могла бы сделать дисбаланс между высокими и низкими частотами менее выраженным. На практике все не совсем так: Bose QC20 не обладают достаточной шумоизоляцией в диапазоне выше 1 кГц. Эти наушники, как и другие вставные модели, не сидят в ушах полностью герметично. Похоже, все дело в том, что любые «затычки» сами по себе способны устранить эффект заложенности ушей», — объяснил инженер.

Подведем итог. Феномен заложенного уха напрямую не связан с шумоподавлением. Этот побочный эффект зависит от фильтрации, которая нужна для того, чтобы обеспечить эффективную работу шумоподавляющей схемы и избежать заводки сигнала. Выходит, мы вынуждены идти на компромисс — наушники с самым сильным шумоподавлением всегда будут вызывать эффект заложенности в ушах. Кстати, инженер сказал мне, что способ решить проблему все же есть, пусть это и не имеет отношения к инженерии: «Я привык к этому после того, как поработал с наушниками некоторое время. Возможно, ты тоже сможешь привыкнуть».

Оригинал: Eardrum Suck: The Mystery Solved!