مجله
5 مرحله: بررسی تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها (سونی، JBL)
🎧 ۵ مرحله کلیدی: از کابین خلبان تا جیب شما؛ بررسی تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها
در دنیای پرهیاهوی امروز، یافتن فضایی برای آرامش و تمرکز به یک کالای لوکس تبدیل شده است. این نیاز، زمینهساز ظهور یکی از مهمترین فناوریهای صوتی قرن اخیر شد: حذف نویز فعال یا نویز کنسلینگ. تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها داستانی است که از نیازهای خاص شروع شد و امروز به یک ویژگی جهانی تبدیل شده است.
آنچه امروز به عنوان یک ویژگی ضروری در هر هدفون یا ایربادز پرچمدار شناخته میشود، مسیری طولانی و پیچیده از آزمایشگاههای آکادمیک و کابین خلبانها تا جعبههای کوچک جیب ما طی کرده است.
این مقاله به طور جامع به بررسی این تحول میپردازد و ۵ مرحله کلیدی این مسیر تکاملی را ترسیم میکند. این تحول نشان میدهد که چگونه دانش فیزیک و پیشرفت در پردازشگرهای دیجیتال، زندگی روزمره ما را دگرگون کرده است.
۱. ⚙️ اصل علمی و انواع نویز کنسلینگ ANC: فراتر از پنبه در گوش
برای درک ANC، ابتدا باید تفاوت آن را با روشهای سنتی عایقسازی صدا (Passive Noise Isolation) بدانیم. عایقسازی غیرفعال صرفاً از موانع فیزیکی (مانند پدهای ضخیم هدفون یا سریهای سیلیکونی ایربادز) برای مسدود کردن صدا استفاده میکند.
این روش عمدتاً در فرکانسهای بالا مؤثر است، اما در مقابل نویزهای بم و ثابت (مانند صدای موتور) کارایی لازم را ندارد.
اما نویز کنسلینگ فعال، از یک اصل فیزیکی به نام “تداخل مخرب” (Destructive Interference) استفاده میکند. هدفون، نویز محیط را با میکروفون دریافت کرده و یک “موج معکوس” یا ضد-فاز (Anti-Phase) تولید میکند.
این موج معکوس، با موج نویز اصلی ترکیب شده و در نتیجه، نویز خنثی یا حذف میشود. این روش به ویژه در حذف نویزهای ثابت و با فرکانس پایین (مانند صدای موتور هواپیما یا کولر گازی) بسیار کارآمد است.
۱.۱. انواع معماری ANC
با گذر زمان، سه معماری اصلی برای پیادهسازی ANC توسعه یافتند که هر کدام مزایا و محدودیتهای خود را دارند:
۱. Feedforward ANC (جلورونده): میکروفون در قسمت بیرونی کاپ هدفون قرار دارد و نویز را قبل از رسیدن به گوش کاربر ثبت میکند. این روش در حذف نویزهای فرکانس بالا بهتر عمل میکند، اما در برابر نویزهای ناگهانی ضعیف است.
۲. Feedback ANC (بازخوردی): میکروفون در داخل کاپ، نزدیک گوش کاربر قرار میگیرد و نویز باقیمانده را پس از ورود به کاپ اندازهگیری میکند. این دقیقترین روش است، اما میتواند کیفیت صدای موسیقی را تحت تأثیر قرار دهد.
۳. Hybrid ANC (ترکیبی): این بهترین معماری است که از هر دو میکروفون داخلی و خارجی استفاده میکند. این سیستم با جمعآوری دادهها از هر دو میکروفون، عمیقترین و گستردهترین حذف نویز را در طیف وسیعی از فرکانسها فراهم میکند. مدلهای پرچمدار، مانند هدفون سونی، از این معماری پیشرفته استفاده میکنند.
۲. 🚀 مرحله اول: تولد ایده (۱۹۳۰-۱۹۷۰)
۲.۱. ریشه آکادمیک و پتنت اولیه
ایده اصلی حذف فعال نویز، به دهه ۱۹۳۰ برمیگردد. اولین پتنت برای یک سیستم حذف نویز الکترونیکی توسط فردی به نام پل لیپی (Paul Lueg) در سال ۱۹۳۶ به ثبت رسید.
او روشی برای خنثیسازی ارتعاشات موجی با استفاده از فیدبک الکتریکی را توصیف کرد، اما تکنولوژی آن زمان برای پیادهسازی عملی و مینیاتوریزه کردن این ایده بسیار محدود بود.
توسعه دهندگان اولیه با چالشهای بزرگی در زمینه پردازش سیگنال، اندازه و وزن قطعات مواجه بودند؛ مسائلی که تا زمان ظهور DSPها (پردازندههای سیگنال دیجیتال) حل نشدند.
۲.۲. نیاز نظامی و فضایی
نیاز به نویز کنسلینگ در ابتدا نه برای مصرفکننده، بلکه برای محیطهای پر سروصدای صنعتی و نظامی مطرح شد.
خلبانان در کابین هواپیما با صدای مهیب موتورها مواجه بودند که ارتباطات رادیویی را مختل میکرد و به شنوایی آسیب میزد. حفاظت از شنوایی در محیطهای با دسیبل بالا یک ضرورت عملیاتی بود.
نیروی دریایی ایالات متحده و ناسا اولین سرمایهگذاران جدی در این زمینه بودند. آنها به دنبال راهی برای حفظ ارتباطات واضح در محیطهای عملیاتی و پرتابهای فضایی بودند. این نیازهای تخصصی، اولین آزمایشهای موفق ANC را کلید زدند.
۳. ✈️ مرحله دوم: تجاریسازی اولیه و پیشگامی در هوانوردی (۱۹۸۰-۲۰۰۰)
۳.۱. دکتر آمار بوز و تولد ANC مصرفی
مهمترین نام در تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها، دکتر آمار بوز (Amar Bose) است. او در یک پرواز ترانسآتلانتیک در سال ۱۹۷۸ از کیفیت پایین صدای هدفونهایش شکایت کرد.
تصمیم او برای یافتن راهی جهت حذف صدای موتور هواپیما منجر به تأسیس بخش صوتی ANC در شرکت بوز شد.
در سال ۱۹۸۹، اولین هدفون نویز کنسلینگ تجاری با نام “Aviation Headset” برای خلبانان به بازار عرضه شد. این مدل، هرچند سنگین و حجیم بود، اما اثربخشی ANC را در دنیای واقعی ثابت کرد.
۳.۲. ورود به بازار مصرف با QuietComfort
در دهه ۲۰۰۰، بوز با معرفی سری QuietComfort (QC)، ANC را به دست مصرفکنندگان عمومی رساند. این هدفونها گرانقیمت بودند، اما سطح جدیدی از سکوت را برای مسافران، به ویژه در سفرهای هوایی، فراهم کردند.
این امر نشان داد که تقاضای بالایی برای نویز کنسلینگ فراتر از حوزه نظامی و هوانوردی وجود دارد. در این دوره، ANC یک کالای لوکس و ضروری برای مسافران دائمی به شمار میرفت.
۴. 🌐 مرحله سوم: عصر دیجیتال، هوش مصنوعی و سونی (۲۰۱۰-۲۰۲۰)
۴.۱. جهش از آنالوگ به دیجیتال (DSP)
در این دوره، تراشههای پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) به بلوغ رسیدند و جایگزین مدارهای آنالوگ شدند. این تغییر، امکان انجام محاسبات پیچیدهتر و سریعتر را برای تحلیل و معکوس کردن نویز فراهم آورد.
سیستمهای DSP، امکان نمونهبرداری و تحلیل دقیقتر نویز در فرکانسهای مختلف را فراهم کردند و باعث شدند ANC بسیار مؤثرتر و منعطفتر شود.
پردازندههای دیجیتال این توانایی را داشتند که الگوریتمهای پیچیدهتری را برای حذف نویزهای متغیر (مانند صحبت کردن یا صدای بوق) پیادهسازی کنند، نه فقط نویزهای ثابت.
۴.۲. فرمانروایی هدفون سونی و تراشههای اختصاصی
سونی با عرضه سری هدفونهای WH-1000XM در اواسط دهه ۲۰۱۰، با تکیه بر تراشههای اختصاصی (HD Noise Cancelling Processor QN1)، به سرعت تبدیل به جدیترین رقیب بوز شد.
هدفون سونی نه تنها کیفیت حذف نویز را به سطح جدیدی رساند، بلکه ویژگیهای هوشمند مانند “حذف نویز تطبیقی” (Adaptive Noise Cancellation) را معرفی کرد.
این هدفونها میتوانستند بر اساس فعالیت کاربر (نشستن، راه رفتن، رانندگی) میزان نویز کنسلینگ را به صورت خودکار تنظیم کنند.
QN1 دارای DAC و آمپلیفایرهای یکپارچه با نسبت سیگنال به نویز بالا بود که کیفیت موسیقی را همزمان با حذف نویز بهبود میبخشید. این یک پیشرفت بزرگ در تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها بود.
۴.۳. ورود به حوزه ایربادز و هوشمندسازی
همزمان، فناوری ANC به ایربادزهای کوچک مانند AirPods Pro و WF-1000XM سونی راه یافت. مینیاتوریزه کردن این فناوری، به دلیل محدودیتهای باتری و ابعاد در ایربادزها، یک چالش فنی بزرگ بود.
برای حل این مشکل، شرکتها از راهحلهای پردازشی کممصرف و الگوریتمهای بهینهسازی شده استفاده کردند.
ویژگیهای جدیدی مانند “حالت شفافیت” (Transparency Mode) که به کاربران اجازه میداد با محیط اطراف در تماس باشند، به استاندارد جدید تبدیل شد و نشان داد ANC دیگر فقط برای سکوت مطلق نیست، بلکه برای تعامل هوشمند با محیط است.
۵. 🚀 مرحله چهارم: نبرد تراشهها و محاسبات فضایی (۲۰۲۰ تا امروز)
۵.۱. معماری Dual Noise Sensor سونی و تراشههای V1/V2
سونی با معرفی تراشههای نسل جدید خود (V1 و V2) و معماری Dual Noise Sensor، مرزهای ANC را دوباره جابجا کرد.
تراشههای V1/V2 توان پردازشی بسیار بالاتری دارند که امکان اجرای الگوریتمهای هوش مصنوعی (AI) بر مبنای یادگیری ماشین را در زمان واقعی فراهم میکند.
این هوش مصنوعی میتواند به سرعت نوع نویز (صدای انسان، باد، ترافیک) را شناسایی کرده و پروفایل حذف نویز را به صورت لحظهای و بسیار دقیقتر از مدلهای قدیمیتر تنظیم کند.
معماری Dual Noise Sensor به معنای استفاده از بیش از یک میکروفون در هر گوشی برای پایش دقیقتر نویز در فضاهای مختلف درون و بیرون کاپ است.
۵.۲. مقایسه هدفون JBL و سونی: نبرد هوش مصنوعی و تجربه کاربری
امروزه، رقابت در بازار نویز کنسلینگ دیگر فقط بر سر میکروفونهای بیشتر نیست، بلکه بر سر توان محاسباتی تراشه است.
در بازار میانرده تا بالا، شرکتهایی مانند JBL با ارائه ویژگیهای رقابتی در محصولات خود (مانند سری Tune و Live) سعی کردهاند فاصله خود را با پرچمداران کاهش دهند. مدلهای JBL معمولاً عملکرد صوتی قدرتمندی دارند و در بخش ANC، به ویژه در مدلهای رده بالا، عملکرد قابل قبولی ارائه میدهند.
با این حال، در مقایسه هدفون JBL و سونی، سونی اغلب در بخش عملکرد مطلق نویز کنسلینگ، بهخصوص در حذف فرکانسهای پایین و نویزهای متغیر، برتری خود را حفظ میکند.
برتری سونی ناشی از سرمایهگذاری طولانیمدت بر روی تراشههای اختصاصی ANC است که امکان بهینهسازی سختافزار و نرمافزار را به صورت یکپارچه فراهم میکند. در حالی که JBL معمولاً بر روی تراشههای ثالث تکیه دارد، سونی کنترل کامل بر کل زنجیره پردازش نویز دارد.
۵.۳. ظهور نویز کنسلینگ بر مبنای حسگر و کالیبراسیون شخصی
جدیدترین تحول در تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها، استفاده از حسگرهای پیشرفته برای بهبود ANC است.
هدفون سونی اکنون از حسگرهای فشار هوا و تشخیص وضعیت پوشیدن برای کالیبره کردن نویز کنسلینگ استفاده میکند.
از آنجا که شکل سر، گوشها، و حتی مدل موی هر فرد بر عملکرد ANC تأثیر میگذارد، این کالیبراسیون تضمین میکند که مهم نیست هدفون چقدر محکم روی گوش شما قرار گرفته باشد، بهترین عملکرد ANC برای ساختار آکوستیک فرد ارائه شود. این سطح از شخصیسازی، اوج هوشمندی در این حوزه است.
۶. 🔮 مرحله پنجم: آینده نویز کنسلینگ (ANC 2.0)
۶.۱. حذف نویز انتخابی (Selective Cancellation)
آینده نویز کنسلینگ به سمت هوشمندسازی بیشتر و تواناییهای فیلترگذاری انتخابی حرکت میکند. این فناوری که گاهی “ANC ادراکی” نامیده میشود، به کاربران امکان میدهد محیط صوتی خود را نه فقط ساکت کنند، بلکه آن را کنترل نمایند.
انتظار میرود در نسلهای آینده، کاربران بتوانند نه تنها نویز را حذف کنند، بلکه نویزهای خاصی (مانند صدای همکار یا موسیقی زمینهای) را فیلتر کنند، در حالی که صداهای حیاتی (مانند صدای آژیر، هشدارها یا اعلانهای فرودگاه) همچنان به گوش برسد.
تراشههای نسل بعدی ANC باید توانایی تحلیل چند لایهای صدا و اجرای شبکههای عصبی عمیق را برای تشخیص دقیقتر منبع صوتی داشته باشند.
۶.۲. ادغام با واقعیت افزوده صوتی (Audio AR)
فناوری ANC در آینده به عنوان بخشی از یک پلتفرم “واقعیت افزوده صوتی” (Audio AR) عمل خواهد کرد.
این ادغام به این معنی است که هدفون میتواند بر اساس موقعیت مکانی (Geolocation) یا دستورات کاربر، صداهای دیجیتال را با دقت فضایی به محیط واقعی اضافه یا از آن کم کند.
به عنوان مثال، هنگام عبور از یک مکان تاریخی، هدفون به طور خودکار نویز محیط را کاهش داده و صدای راهنمای صوتی را دقیقاً در جهت بصری بنا پخش میکند.
۶.۳. حذف نویز داخلی و سلامت صوتی
ادغام پردازندههای ANC با فناوریهای سنجش بیومتریک (مانند حسگرهای ضربان قلب) نیز امکانپذیر خواهد بود.
این پردازندهها میتوانند نویزهای داخلی بدن (مثل صدای نفس کشیدن، صدای رگها یا حتی زنگ گوش خفیف) را نیز حذف کنند.
این پیشرفت، مفهوم نویز کنسلینگ را از یک ابزار سرگرمی به یک ابزار سلامت و کمک شنوایی تبدیل خواهد کرد.
۷. نتیجهگیری: بازتعریف سکوت هوشمند
تاریخچه و تحول فناوری نویز کنسلینگ (ANC) در هدفونها داستانی جذاب از یک ایده تئوری است که توسط نیازهای نظامی متولد شد و توسط نوآوریهای شرکتهایی مانند بوز و سونی به استاندارد زندگی روزمره تبدیل گشت.
امروزه، در هنگام مقایسه هدفون JBL و سونی یا سایر برندها، عملکرد نویز کنسلینگ به یک عامل تعیینکننده تبدیل شده است.
این فناوری دیگر صرفاً نویز را حذف نمیکند؛ بلکه تجربهای از سکوت هوشمند را ارائه میدهد که بر اساس محیط و نیاز کاربر تطبیق مییابد و به طور مداوم برای دستیابی به شخصیسازی کامل، در حال تکامل است.
هدفون سونی در حال حاضر با استفاده از تراشههای اختصاصی و الگوریتمهای هوش مصنوعی، مرزهای ANC را جابجا کرده و نویدبخش آیندهای است که در آن، سکوت، کاملاً قابل تنظیم و شخصیسازی شده است.