Hoe noise cancelling ongewenst geluid onderdrukt
Noise cancelling is een techniek waarmee ongewenste omgevingsgeluiden actief worden onderdrukt. In plaats van geluid alleen te dempen met schuim of rubber, wordt het inkomende geluid gemeten en vervolgens met een tegengesteld geluidssignaal geannuleerd. Dit gebeurt vooral in koptelefoons en oordopjes, maar ook in sommige professionele audio installaties en auto’s.
Verschil tussen passieve en actieve demping
Bij passieve demping wordt geluid geblokkeerd door fysieke materialen zoals oorkussens, afdichtringen en isolatie. Dit werkt goed voor hoge tonen, maar minder goed voor lage, dreunende geluiden. Actieve noise cancelling, vaak afgekort als ANC, vult dit aan door het geluid elektronisch te meten en er een tegengolf tegenover te zetten. Vooral monotone geluiden zoals motorgeruis, airco of treinbrom worden hiermee effectief verminderd.
De elektronica achter noise cancelling
In een noise cancelling systeem werken meerdere elektronische bouwstenen samen. Microfoons vangen het omgevingsgeluid op, een signaalprocessor berekent het tegengestelde signaal en een versterker stuurt dit naar de luidsprekers in de koptelefoon of oordopjes. Voor elektronicaliefhebbers is dit een interessant samenspel van analoge en digitale signaalverwerking.
Rol van microfoons en signaalanalyse
De meeste noise cancelling koptelefoons gebruiken meerdere microfoons. Feedforward microfoons zitten aan de buitenkant en meten het geluid voordat het je oor bereikt. Feedback microfoons zitten aan de binnenkant en meten het gecombineerde signaal van muziek plus restgeluid. Het gemeten geluid wordt continu geanalyseerd zodat het systeem snel kan reageren op veranderingen in de omgeving. De kwaliteit en plaatsing van de microfoons zijn direct bepalend voor hoe goed het systeem werkt.
Faseomkering en destructieve interferentie
Het kernprincipe van noise cancelling is destructieve interferentie. Het systeem maakt een kopie van het gemeten geluid en draait de fase van dat signaal negentig tot honderdtachtig graden om, afhankelijk van de toegepaste filtertechniek. Wanneer deze omgekeerde golf via de luidspreker wordt afgespeeld, voegt hij zich bij het oorspronkelijke omgevingsgeluid bij je oor. Waar de positieve piek van de ene golf samenvalt met de negatieve piek van de andere, heffen ze elkaar op en wordt het totale geluidsniveau lager.
Beperkingen en praktische aandachtspunten
Hoewel noise cancelling een indrukwekkende techniek is, zijn er grenzen aan wat mogelijk is. De elektronica heeft tijd nodig om het geluid te meten, te verwerken en terug te sturen. Deze vertraging moet minimaal zijn, anders klopt de timing van de tegengolf niet meer en blijft er geluid over. Fabrikanten stemmen de filters daarom vooral af op lage tot midden frequenties, waar de winst het grootst en de timing nog beheersbaar is.
Wat betekent dit voor jouw schakelingen
Voor bezoekers van Schakelingenonline is het vooral interessant om te weten dat noise cancelling in de praktijk neerkomt op goede microfoonversterkers, nauwkeurige analoog digitaal omzetters, krachtige maar zuinige signaalprocessors en zorgvuldige filterontwerpen. Wie zelf met audio schakelingen werkt, kan veel leren van de manier waarop ruis en storingen worden gemeten, gefilterd en in tegenfase worden teruggestuurd. Het volledig namaken van commerciële noise cancelling koptelefoons is complex, maar de onderliggende principes van signaalanalyse, fase en filterontwerp zijn uitstekend toepasbaar in eigen audio projecten.
