Rust aan je hoofd: 14 luxe noise cancelling koptelefoons vergeleken

Stilte door antigeluid

Hoe werkt active noise cancellation eigenlijk? In theorie vrij eenvoudig: de koptelefoon vangt het omgevingsgeluid op door middel van microfoontjes in de oorschelpen. De fase van het signaal wordt vervolgens omgekeerd, waarna dit exact tegengestelde signaal, het antigeluid, door de oorschelpen wordt afgespeeld. De twee golven schakelen elkaar als het ware uit, en het nettoresultaat is dat er minder geluid overblijft.

De praktijk is weerbarstiger. Zo zullen de microfoontjes het omgevingsgeluid nooit perfect kunnen registreren, terwijl de elektronica in de koptelefoon zelf ook een bepaald 'signaal' toevoegt aan de registratie. Voor beide moet worden gecompenseerd in het ontwerp, wat bijvoorbeeld kan door meerdere microfoontjes te plaatsen die bovendien ook het geluid binnenin de oorschelp meten.

De theorie achter active noise cancelling: op basis van het omgevingsgeluid (blauwe lijn) genereert de koptelefoon vrijwel realtime een tegengesteld signaal (rode lijn) en speelt het af door de speakers. Daardoor hoor je effectief veel minder geluid (paarse lijn, die resulteert door het optellen van de rode en blauwe golven). Door de korte vertraging bij het berekenen van het antigeluid (de breedte van de grijze balk) wordt dit geluid niet perfect uitgedempt.

Het signaal omkeren kan via analoge filters, maar tegenwoordig wordt meestal een digital signal processor (dsp) ingezet. Dat vereenvoudigt de ontwikkeling van de koptelefoon en maakt het mogelijk dat de noise cancellation (door de eindgebruiker of automatisch) kan worden afgestemd op verschillende scenario's (vliegtuig, windgeruis, binnenshuis). De verwerking door de dsp introduceert echter extra vertraging in het signaal waarmee de effectiviteit van de ruisonderdrukking afneemt: de twee geluidsgolven zijn nu niet meer exact tegenovergesteld. Zelfs een extra vertraging van enkele tientallen microseconden (µs, een miljoenste van een seconde) maakt al een verschil. Om de verwerkingstijd te verkorten kan uiteraard een krachtiger chip worden geplaatst, maar als die teveel energie verbruikt, zou de accuduur weer te kort worden. Gelukkig bewijst de Wet van Moore hier nog goede diensten, met als gevolg dat chips steeds sneller kunnen zijn bij hetzelfde energieverbruik. Zodoende komen de laatste jaren vrijwel jaarlijks meer, nieuwere en betere geluidsdempende hoofdtelefoons op de markt.

Perfect werkt active noise cancelling ook met de modernste hardware niet. Omdat het verwerken en berekenen van een tegengesteld signaal toch nog altijd wel enige tijd kost, hoe kort ook, is de techniek voor hoogfrequent geluid bij de huidige stand van de techniek ongeschikt. Perfect werkt active noise cancelling ook met de modernste hardware niet, al bewijst de Wet van Moore hier nog goede diensten.Hoe hoger de frequentie van het geluid, hoe korter de afstand tussen de pieken en dalen in het signaal, en hoe meer een vertraging in de timing zal leiden tot een afwijking tussen het oorspronkelijke geluid en het gegenereerde antigeluid. Noise cancelling kan ook gepaard gaan met extra 'bijgeluiden' afkomstig van de elektronica in de koptelefoon, die zoals gezegd zelf ook een storende invloed kunnen hebben. In het slechtste geval voegt de 'noise cancelling' zo juist meer lawaai toe, wat je kunt horen als gesis of kunt voelen als extra 'druk' op de oren.

Gelukkig bestaat er ook nog zoiets als passieve geluidsdemping: de lawaaivermindering die iedere koptelefoon tot op zekere hoogte biedt, simpelweg doordat hij de omgeving voor je oren afsluit. Passieve demping is vooral effectief tegen hoogfrequent lawaai. Actieve ruisonderdrukking werkt het best op laagfrequente en relatief continue geluiden, zoals een vliegtuigmotor of airconditioning, waartegen passieve demping weer weinig uithaalt. Bij de ideale noise cancelling koptelefoon vullen actieve en passieve ruisonderdrukking elkaar dus goed aan. Fabrikanten stellen daarbij de actieve ruisreductie zo af, dat hij in het hogere deel van het frequentiespectrum niet teveel extra ongewilde bijgeluiden genereert. Voor een goede passieve demping beschikt een noise cancelling koptelefoon uiteraard over gesloten oorschelpen, waar 'audiofiele' koptelefoons soms een open ontwerp hebben. Middels diepe oorkussens en de juiste hoeveelheid klemming wordt de ruimte rondom de oren zo goed mogelijk afgesloten.