Abychom pochopili, jak sluchátka s potlačením hluku fungují, musíme nejprve pochopit podstatu zvuku. Tlak vzduchu se mění v důsledku vlnění energie, která tvoří zvuk. K popisu těchto vln lze použít jak frekvenci (počet cyklů za sekundu), tak amplitudu (velikost nebo hlasitost zvuku). Naše uši převádějí zvukové vlny z prostředí na elektrické signály, které náš mozek interpretuje jako zvuk.
K odstranění nežádoucího hluku v pozadí využívá technologie aktivního potlačení hluku teorii nazývanou destruktivní interference. Když se střetnou dvě zvukové vlny se stejnou frekvencí a opačnou fází, dochází k destruktivní interferenci. V této situaci se zvukové vlny ruší, protože špičky jedné vlny se shodují s jejími dolními hodnotami.
Jak tedy tyto myšlenky souvisejí se sluchátky s potlačením hluku? Tato sluchátka se skládají ze tří základních částí: elektronického obvodu, reproduktoru a mikrofonu. Elektronický obvod přijímá elektrické signály z mikrofonu, jakmile zachytí vnější zvukové vlny. Po analýze příchozího zvuku obvod vytvoří zvukovou vlnu, která má stejnou frekvenci jako nežádoucí hluk, ale opačnou fázi.
Reproduktory sluchátek pak přehrávají vytvořenou zvukovou vlnu, čímž účinně maskují vnější hluk. Celková hladina hluku se sníží, když se původní zvuková vlna a vytvořená zvuková vlna střetnou u uší posluchače a vzájemně se vyruší.
Kromě toho se při použití sluchátek s potlačením hluku používají techniky pasivního potlačení hluku. Fyzická konstrukce sluchátek tím, že utěsňuje uši a zabraňuje pronikání zvukových vln, napomáhá izolaci hluku. Kombinace pasivního potlačení hluku s technologií aktivního potlačení hluku nabízí výkonné řešení pro minimalizaci hluku na pozadí a zlepšení kvality poslechu.
Zatímco sluchátka s potlačením hluku poměrně úspěšně tlumí stálé nízkofrekvenční zvuky, jako jsou tryskové motory nebo hovory v pozadí, je třeba mít na paměti, že nemusí být tak účinná při tlumení neočekávaných vysokofrekvenčních zvuků, jako je hlasité tleskání nebo klakson auta. Drobné zpoždění vzniká v důsledku doby, kterou elektrický obvod potřebuje ke zpracování příchozího zvuku a vytvoření opačné fázové vlny, což snižuje schopnost systému čelit náhlým změnám zvuku.
Za účelem eliminace nežádoucího vnějšího hluku využívají sluchátka s potlačením hluku koncept destruktivní interference. Tato sluchátka úspěšně potlačují hluk a umožňují uvolněnější poslech díky analýze přicházejících zvukových vln a vytváření zvukových vln s opačnou fází. Sluchátka s potlačením hluku poskytují způsob, jak zablokovat vnější hluk a plně se ponořit do oblíbeného zvukového obsahu, pokud se používají ve spojení s technikami pasivního potlačení hluku.
Na otázku „Kdo vynalezl technologii potlačení hluku?“ odpovídá Dr. Amar Bose. Dr. Amar Bose, zakladatel společnosti Bose Corporation, se zasloužil o vynález technologie potlačení hluku v 70. letech 20. století. Jeho výzkum a vývoj v této oblasti vedl k vytvoření prvních komerčně dostupných sluchátek s potlačením hluku.
V matematice sluchátek potlačujících hluk se používají koncepty ze zpracování signálů, zejména myšlenky superpozice a destruktivní interference.
Podívejme se na zjednodušení situace, abychom ji lépe pochopili. Sluchátka s potlačením hluku při zapnutí nejprve detekují příchozí zvukové vlny pomocí vestavěných mikrofonů. Tyto mikrofony zaznamenávají okolní hluk.
Obvody sluchátek pak zaznamenaný zvuk zpracovávají. Při tomto zpracování se zkoumají frekvenční a amplitudové složky příchozích zvukových vln. Cílem je určit nejlepší protišumový signál, který dokáže zamaskovat nežádoucí šum.
Ve sluchátkách vytváří elektrický obvod protišumový signál. Aby se vytvořil signál, který je přesně mimo fázi nežádoucího šumu, je tento obvod k tomu účelu sestaven. Jinak řečeno, signál proti šumu má stejnou frekvenci, amplitudu a fázi jako příchozí šum.
Fáze zvukové vlny ovlivňuje, zda je ve fázi s jinými zvukovými vlnami. Hlasitější zvuk vzniká, když jsou dvě zvukové vlny ve vzájemné fázi. Na druhé straně dochází k interferenci a rušení, když dvě zvukové vlny nejsou ve fázi.
Nyní přichází na řadu matematika. Obvody ve sluchátkách používají matematické vzorce pro volbu správného fázového posunu pro protišumový signál. Obvody generují protišumový signál s opačnou fází, než má přicházející šum, a to výpočtem fázového posunu. Původní zvukový signál a signál proti šumu se pak v reproduktorech sluchátek sloučí. Destruktivní interference je výsledkem vzájemného ovlivňování obou signálů, když se spojí. Jinými slovy, špičky a dna zvukových vln se seřadí tak, že se vzájemně vyruší, čímž se sníží množství šumu, které posluchač celkově slyší.
K výpočtu fázového posunu a vytvoření protišumového signálu jsou nutné složité matematické výpočty. Tyto výpočty vyžadují specializované metody zpracování signálu. Algoritmy používané ve sluchátkách s potlačením hluku zohledňují frekvenční odezvu sluchátek, vlastnosti okolního hluku a zamýšlenou úroveň potlačení hluku.
Celkově přesná detekce, analýza a generování protihlukového signálu nezbytného k potlačení nežádoucího hluku a zajištění klidnějšího poslechového prostředí závisí na matematice použité ve sluchátkách s potlačením hluku.