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Kopfhörer: Noise Cancelling aktiv & passiv – Unterschiede & Tipps

Noise Cancelling aktiv & passiv

Der Begriff „Noise Cancelling“ steht für eine Reihe verschiedener Ansätze zur Unterdrückung unerwünschter Außengeräusche, um das Hörerlebnis zu verbessern. Bei so vielen Begriffen wie aktive Geräuschunterdrückung, Umgebungsgeräuschunterdrückung und adaptive Geräuschunterdrückung kann es für einen Endbenutzer oder Systementwickler verwirrend sein, die ideale Technologie zum Noise Cancelling zu bestimmen.

Da die Verwendung von Smartphones, digitalen Assistenten und anderen Geräten für die Musikwiedergabe immer mehr in den Vordergrund rückt, werden Audiofunktionen wie das Noise Cancelling immer wichtiger, um eine qualitativ hochwertige Audiowiedergabe und Telefonate zu gewährleisten. Da OEMs nach neuen Möglichkeiten suchen, ihre Produkte zu differenzieren und den anspruchsvollen Verbraucher anzusprechen, können digitale Headsets, die eine überzeugendeNoise Cancelling Technologie bieten, davon profitieren.

Passives Noise Cancelling

Passives Noise Cancelling ist das, was das Headset selbst bietet, ob mit Gummiaufsätzen in einem In-Ear-Design oder mit Polstern in einem Over-the-Ear-Design. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um den Grad der Geräuschunterdrückung, den das Gerät selbst bietet, oder darum, wie gut das Headset als Ohrstöpsel funktioniert. Ein gutes Design bietet zwar eine starkes passives Noise Cancelling, bevor die Elektronik zum Einsatz kommt, aber die passive Unterdrückung ist oft auf Frequenzen über 1 kHz beschränkt. Selbst die beste aktive Elektronik kann ein schlechtes akustisches Design mit minimaler passiver Unterdrückung nicht kompensieren.

Aktives Noise Cancelling

Bei dem aktiven Noise Cancelling wird ein Mikrofon verwendet, um die Umgebungsgeräusche zu überwachen und ein Gegengeräusch zu erzeugen, das dann mit der Audiowiedergabe gemischt wird, um den in das Ohr des Benutzers eindringenden Lärm zu unterdrücken. Aktive Geräuschunterdrückung kann mit analogen oder digitalen Filtern erreicht werden und wird im Allgemeinen nach ihrer Architektur unterschieden: Feed-Forward-Unterdrückung, Feedback-Unterdrückung oder Hybrid-Unterdrückung. Wie bereits erwähnt, verbessert eine gute aktive Unterdrückung ein Headset mit guter passiver Unterdrückung erheblich, kann aber ein schlechtes Design nicht ausgleichen.

Vollständiges Noise Cancelling

Die Gesamtauslöschung – der vom Endbenutzer wahrgenommene Geräuschunterdrückungseffekt – ist einfach ein Maß für die passive und die aktive Auslöschung. Das Zusammenspiel der aktiven Elektronik und des akustischen Designs bestimmt die Gesamtunterdrückung, die die Qualität der vom Benutzer wahrgenommenen Geräuschunterdrückung definiert.

Feed-Forward/Feedback

Wie bereits erwähnt, gibt es drei Arten von aktivem Noise Cancelling: Feed-Forward, Feedback und Hybrid (eine Kombination aus Feed-Forward und Feedback). Feed-Forward Noise Cancelling verwendet ein Referenzmikrofon außerhalb des Headsets, das externe Geräusche aufnimmt, sie in „Anti-Noise“ umwandelt und sie dann mit der Audiowiedergabe mischt, um eine Geräuschunterdrückung zu erzeugen. Dieser Prozess ist recht komplex, da die Invertierung den Weg berücksichtigen muss, den das eigentliche Geräusch zurücklegt, und dann das Anti-Noise-Signal so berechnen muss, dass es schneller ist als die Zeit, die das Geräusch für den Weg vom Mikrofon zum Trommelfell benötigt.

Aktives Noise Cancelling mit Rückkopplung stellt eine Herausforderung dar, denn es kann schwierig sein, ein System mit Rückkopplung zu entwickeln, das immer stabil ist, da die Passform der verschiedenen menschlichen Ohren variiert und die Rückkopplungsschleife das System destabilisieren kann. Für die Rückkopplung ist ein Mikrofon an der Innenseite des Headsets erforderlich, das den Ton überwacht, der an das Ohr des Benutzers gelangt. Durch den Vergleich des Klangs im Ohr des Benutzers mit der Audioquelle kann der Feedback-Algorithmus das Rauschen identifizieren und ein Gegengeräusch erzeugen, um es zu unterdrücken.

Da die Umlaufzeit, die das Überwachen, Vergleichen und Erzeugen des Antirauschens umfasst, länger ist als die für das Feed-Forward-Antirauschen, ist Feedback nur bei der Unterdrückung von tieffrequenten Geräuschen wirksam. Ein Problem bei aktivem Noise Cancelling mit Rückkopplung besteht darin, dass ein Teil des Wiedergabesignals als Rauschen angesehen und gelöscht werden kann, da die Wiedergabe überwacht wird. Dies führt zu einer Verfärbung oder Verzerrung des ursprünglichen Signals.

Hybrides Feed-Forward/Feedback

Eine hybride Feed-Forward/Feedback Lösung kann das Beste aus beiden Welten bieten, indem sie ein externes Referenzmikrofon verwendet, um Umgebungsgeräusche zu überwachen, sowie ein internes Fehlermikrofon, um zu überwachen, was der Benutzer über die Audiowiedergabe hinaus wahrnimmt. Wenn Feed-Forward mit Feedback kombiniert wird, sollte der Benutzer die beste Geräuschunterdrückung erhalten.

Feste vs. adaptive Filter

Bis vor kurzem gab es nur statische Lösungen mit festen Filtern. Feste Filter funktionieren zwar, aber diese Einheitsmethode schreibt vor, dass ein Filter für alle Hörer verwendet wird. Um diesen Ansatz zu verbessern, können sich neuere adaptive Lösungen je nach Ohrgröße oder Sitz des Headsets verändern und sich an eine sich verändernde Umgebung anpassen. Dadurch wird die Geräuschunterdrückung für eine größere Anzahl von Benutzern verbessert.

Anpassung geht auch über die Passform hinaus. Wenn Sie an die Umgebung denken, gibt es viele verschiedene Arten von Lärm: Flugzeuge (niedrige Frequenzen), Cafés (mittlere Frequenzen), Konzerte (sehr laut) und Bibliotheken (sehr leise). Für jede Situation können adaptive Filter die gesamte Energieunterdrückung für die jeweilige Umgebung maximieren. Das heißt, in einem Flugzeug löschen die Filter mehr tiefe Frequenzen, in einem Café übernehmen sie die mittleren Frequenzen und so weiter. Dies ist eine einfache Zusammenfassung eines komplexen Prozesses, aber sie gibt einen Einblick in die Leistungsfähigkeit adaptiver Filter.

Vorteile des adaptiven gegenüber des festen Noise Cancelling

Eine Herausforderung bei der Entwicklung einer überlegenen Noise Cancelling Lösung besteht darin, den Tausenden von verschiedenen Ohrgrößen für die Tausenden von verschiedenen Benutzern gerecht zu werden. Während das einfache Modell der aktiven Geräuschunterdrückung, wie bereits erwähnt, die Umkehrung des Geräusches beschreibt, ist es in der Realität so, dass das Noise Cancelling den Weg vom Referenzmikrofon zum Trommelfell berücksichtigen muss. Wenn das System den Geräuschpfad nicht korrekt modelliert, ist die erzeugte Geräuschunterdrückung möglicherweise nicht genau und könnte sogar den Lärm verstärken.

Dies ist ein mögliches problematisches Ergebnis von fixen Einheitsfiltern. Ein adaptiver Filter verwendet ein Fehlermikrofon, um genauer zu modellieren, was der Benutzer tatsächlich hört. Auf diese Weise kann das System die Filter anpassen oder kompensieren, um sicherzustellen, dass der erzeugte Rauschschutz für den jeweiligen Benutzer geeignet ist.

Ein Vorteil von adaptiven Filtern gegenüber Lösungen mit festen Filtern ist, dass mit adaptiven Filtern jeder einzelne Benutzer eine maßgeschneiderte Lösung bzw. ein besseres Noise Cancelling erhält, die die einzigartigen physischen Eigenschaften jedes Einzelnen berücksichtigt. Darüber hinaus kann eine adaptive Lösung den tatsächlichen Lärm überwachen und die Filter je nach Art des Lärms anpassen, um die Unterdrückung zu maximieren.

In der Vergangenheit konnten nur dichte Ohrstöpsel oder Over-the-Ear-Headsets mit festen Filtern für das Noise Cancelling entwickelt werden. Heute können auch undichte oder nicht abgedichtete Ohrstöpsel die adaptive Geräuschunterdrückung nutzen, da der Algorithmus die variable Anpassung einer undichten Lösung kompensieren kann.

Mit dem adaptiven Noise Cancelling werden Sie nicht nur wissen, dass es einen Unterschied gibt – Sie werden den Unterschied auch hören können.

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