לא קסם - פיזיקה: איך עובדות אוזניות עם סינון רעשים?

כמה פעמים שמעתם את המונח ביטול רעשים אקטיבי, אבל עצרתם לשאול מה זה אומר בפועל? איך אוזניות קטנות יחסית מצליחות לגרום לרעש של מנוע מטוס, מזגן או חלל עבודה להיחלש בצורה דרמטית? מאחורי החוויה הזו לא עומדת הבטחה שיווקית, אלא יישום מדויק של עיקרון פיזיקלי בסיסי.

קול הוא גל. מדובר בתנודות מחזוריות בלחץ האוויר שמתפשטות במרחב. כשהתנודות האלה מגיעות לאוזן שלנו, אנחנו מפרשים אותן כצליל. לכל גל יש תדירות - מספר המחזורים שהוא משלים בשנייה - ויש גם מופע, כלומר המיקום שלו בתוך מחזור העלייה והירידה בכל רגע נתון.

שני המאפיינים האלה קריטיים להבנת ביטול רעשים. אם יודעים למדוד גל מסוים במדויק - את התדירות שלו ואת המופע שלו - אפשר עקרונית לייצר גל נוסף שיתנהג בדיוק הפוך ממנו.

טכנולוגיית Active Noise Cancelling - או בקיצור ANC - משלבת מיקרופונים ורמקולים בתוך האוזניות. המיקרופונים קולטים את הרעש הסביבתי בזמן אמת ומעבירים אותו למעבד פנימי. המעבד מנתח את הגל שנקלט ומייצר גל חדש: זהה בתדירות ובעוצמה, אך הפוך במופע.

במונחים פשוטים, אם הרעש החיצוני נמצא בשלב של עלייה בלחץ האוויר, האוזניה מייצרת בו זמנית ירידה תואמת. ההפרש הוא של 180 מעלות בין שני הגלים - כלומר הם מנוגדים לחלוטין.

כאשר שני הגלים נפגשים, מתרחשת התאבכות הורסת. הגל המקורי והגל ההפוך מבטלים זה את זה, והעוצמה הכוללת פוחתת משמעותית. אפשר לחשוב על זה כעל חיבור של מספר חיובי ושלילי באותו גודל - התוצאה היא אפס. מה שנשאר הוא רק האודיו שהמשתמש בחר לשמוע - שיר, פודקאסט או שיחת עבודה.

נניח שאתם יושבים בחלל עבודה משותף ומנהלים פגישה מקוונת. ברקע יש שיחות, תזוזות ורעש כללי. אוזניות עם ביטול רעשים יפחיתו את רעשי הרקע, כך שהקול של הדובר בפגישה יהיה ברור יותר ומבודד מהסביבה.

ה"נוגד-רעש" שמיוצר מושמע דרך הרמקולים של האוזניות ומסונכרן בזמן אמת עם התוכן שאתם מאזינים לו. הכול קורה במהירות גבוהה מאוד, כך שהמשתמש אינו מודע לתהליך החישובי שמתרחש מאחורי הקלעים.

ביטול רעשים אינו אחיד בכל תחום התדרים. המערכות הללו יעילות במיוחד מול תדרים נמוכים וקבועים יחסית - כמו מנוע של מטוס, רעש מזגן או תחבורה מתמשכת. אלו גלים צפויים יותר, שקל למדוד ולשחזר בצורה הפוכה בזמן אמת.

לעומת זאת, תדרים גבוהים ומשתנים במהירות - כמו דיבור אנושי - קשים יותר לחיזוי ולביטול מדויק. לכן גם באוזניות מתקדמות, חלק מהצלילים הגבוהים עדיין חודרים. במידה מסוימת, זה גם יתרון: ביטול מוחלט של כל תדר היה עלול לפגוע ביכולת לשמוע קולות חשובים בסביבה.