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降噪耳机会不会只是让你错以为安静了,其实是在承受双倍的噪声?

如题,因为开启降噪后耳朵听到的不应该是原本的噪音 + 反相噪音吗?反相噪音是真的能把原本噪音实实在在地抵消掉吗?而不是只是让你听起来感觉抵消掉了。

不会。而且的的确确是把噪声抵消了。

你可以做个实验。如果你有立体声音箱的话,可以把左右声道音箱面对面摆好,注意前面板相互平行,倒相孔塞住,然后播放粉红噪声(音乐也行,但立体声音乐左右声道声音往往不一样,因此效果会差一些)。

然后,你会立刻发现,音箱声音变的极小、只剩轻微的沙沙声;而且你可以绕着音箱转圈听一听,没有任何角度能听到更大声音、更不会有什么“某个方向音量加倍”。

很显然,声音的确是被抵消了。

不过,具体的“抵消”方式却是千变万化的,可能是改变了能量的空间分布(干涉纹),也可能是转换成了其它能量形式——甚至不同的频率都有不一样遭遇。

在音箱这个案例里,声波的“抵消”方式是:

1、放音时,左声道扬声器往前顶,想要压缩空气输出波形上半周;右声道扬声器也要往前顶,也想要压缩空气输出波形上半周;

2、那么在正常情况下,它们应该就成功压缩了空气,一层高密度脉冲波就以声速扩散出去了;

3、但因为两个音箱是面对面放置的,因此左声道冲击的空气柱就会顶住右声道催动的空气柱,右声道同理。

4、因为左侧扬声器纸盆催动的空气柱造成的压力,右侧扬声器的纸盆就很难前进;左侧同理

5、因为两侧扬声器纸盆被彼此产生的空气柱压迫无法震动,声波自然从一开始就没有发出来

6、两者仅仅是“压”了一下中间的空气柱,产生了一股往外逸散的气流,这股气流也能产生一层高密脉冲波,于是就有一点点声音“漏”出去了,这就是我们还能听到的微小声音的来源。

7、因为扬声器纸盆难以移动,缺乏切割磁力线造成的电压对抗,功放自然输出了更大电流

8、本来功放输出电流可以很小、扬声器纸盆移动幅度很大,换句话说绝大多数电能转换成了声能;但现在呢,因为扬声器纸盆不动,电能只能转换为扬声器线圈的热能——注意前面第7条提到功放提高输出电流了。

综上,面对面的音箱的确降低了音频输出的能量,因此我们听到的声音的确小了很多;但这个小并不仅仅是数学上的“波形曲线反相叠加”——这个说法是对的,但细节是,抵消不是声波先发出来然后被抵消了而且你绕着找几圈也找不到干涉增强部分在哪里(因为这个本就做不到),而是电信号直接转换成了热能,并没有转换成声波。

同时,我们可以注意到,虽然传出去的声音很少,但两块振膜之间的空气气压的确可能是原来的两倍——两边的扬声器振膜一起推它,而且驱动电流也因为遇阻增大了,那么声压肯定增加了。

注意定语“两块振膜之间”。系统外部声压仍然是大幅降低的。

反过来说也对,信号负半周时,两侧振膜同时远离,结果因为振膜之间腔体过小,抽气过多,造成音箱内外气压差增大,于是也“顶”的振膜动弹不得——最终,还是声音输出很小,大部分电能变成了热能。

这个过程中,两片振膜间的声波振幅几乎翻倍,但逸散的声音很少——也就是形成了驻波。

你可能会说,对呀,所以我的耳朵里面承受了双倍噪声……

错了。那是两片振膜之间;音箱腔体内部可不是这个情况。

因为外部两个扬声器之间的半开放腔体限制,使得振膜几乎无法震动,因此音箱腔体内部几乎无声——的的确确没有声波,也没有声压。

两个扬声器之间的半开放腔体越小、和外界联通的缝隙越狭窄,那么音箱内部的振动就越小。

换句话说,这个摆放形式不仅改变了电能-声能的转换比率,也改变了声能的空间分布——声能更多的集中在两个扬声器纸盆之间。

类似的,我们可以把降噪耳机看作封在你耳道外侧的一层振膜;你的耳道就相当于音箱腔体内部空间;外部环境传来的噪音相当于一个扬声器,你耳道外侧的振膜(降噪耳机)是另一个扬声器。

通过电流作用,你的耳道外侧振膜会根据“袭来”的声压产生向内/向外的推力,这个推力恰恰和外界声波的推力相当。

其结果就是:你的耳道内部风平浪静,因为耳机振膜纹丝不动,阻止了外部声压进去你的耳道;同时,你的耳道之外,被外界噪音驱动的空气波遇到了“硬到超乎想象”的一堵墙,结果就是声波被反射原理,且反射波和入射波产生了干涉。

——作为对比,“被动降噪”就是物理性的堵住你的耳朵,只要塞进你耳朵的东西够密封、够重,那么它就也是一堵硬墙,就也能阻止声波进你的耳朵。只是这种方式封闭耳道的体验不够好而已(想要好就得减轻重量、降低密封性能,于是阻拦声波的效果就大打折扣;而主动降噪因为可以通过电流主动迎上外界噪声声压,因此可以用薄薄的振膜产生极硬极厚的障碍效果)。

当然,这是理想情况。

实际上,外部声压并不能被完全抵消。一方面是耳塞总会漏气(但声音透过缝隙的衰减非常大),另一方面是总会有各种各样的误差。

那么这时候,漏进来的少量声波就会和降噪耳机产生的少量音频相互干涉了;这种干涉可能抵消也可能增强漏进来的噪音音量,此时就需要更多计算,才能确保鼓膜处噪声声压最小。

哦,对了,和前面关于面对面的音箱的分析一样:外界噪声产生的能量以及驱动耳机振膜的能量并不会凭空消失;两者同样是互相对抗、增大了你耳机线圈的发热——换句话说,也转换成了线圈中的热能耗散了。

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