Actieve noise cancelling of passieve isolatie: wat elk van beide echt doet

Het principe: een geluid optellen bij zijn tegendeel

Geluid is een variatie in de luchtdruk, een opeenvolging van overdruk en onderdruk. Tel je bij een geluidsgolf een tweede golf op die identiek is maar omgekeerd (onderdruk waar de eerste overdruk heeft), dan heffen de twee elkaar op: dat heet destructieve interferentie.

Een koptelefoon met actieve noise cancelling past dit principe voortdurend toe. Microfoons vangen het omgevingsgeluid op, een processor berekent de tegengestelde golf en de luidspreker zendt die uit, tegelijk met de muziek. Bij het trommelvlies neutraliseren het lawaai en zijn ‘antigeluid’ elkaar.

Moderne koptelefoons gebruiken een hybride architectuur: een microfoon aan de buitenkant van de behuizing loopt vooruit op het lawaai dat eraan komt, een tweede aan de binnenkant controleert wat er vlak bij het oor van overblijft, en de bewerking corrigeert zichzelf duizenden keren per seconde.

Waarom ANC lage tonen uitwist, maar stemmen niet

Opheffen lukt alleen als de tegengestelde golf op precies het juiste moment wordt uitgezonden. En daarbij hangt alles af van de golflengte. Een lage toon van 100 Hz heeft een golflengte van ongeveer 3,40 m en verandert langzaam: de elektronica heeft alle tijd om te reageren, en een kleine afwijking blijft verwaarloosbaar. Een hoge toon van 5.000 Hz heeft een golflengte van minder dan 7 cm: bij de kleinste vertraging of de geringste verschuiving van de koptelefoon komt de tegengestelde golf op het verkeerde moment aan, en kan ze het lawaai zelfs versterken in plaats van opheffen.

In de praktijk is ANC zeer effectief onder ongeveer 500 Hz, nuttig tot rond 1.000 Hz en daarboven vrijwel zonder effect. Het blinkt dus uit tegen lage, regelmatige geluiden (straalmotor, busmotor, airconditioning) en laat het grootste deel van de korte of hoge geluiden door: stemmen dichtbij, beltonen, getik.

Passieve isolatie: een fysieke barrière

Passieve isolatie vraagt geen elektronica en geen accu. Het zijn de materialen die het geluid tegenhouden: een gesloten behuizing en dichte oorkussens bij een koptelefoon, een oortip van siliconen of schuim bij oordopjes. Ze gedraagt zich precies omgekeerd aan ANC: een lichte barrière houdt gemakkelijk de hoge tonen tegen, die weinig energie bevatten, maar de energierijkere lage tonen gaan er dwars doorheen.

Een goede gesloten koptelefoon dempt de midden- en hoge tonen met 15 tot 25 decibel. In-ears met correct ingebrachte schuimtips doen het nog beter, en over het hele spectrum: daarom gebruiken podiummuzikanten op maat gemaakte in-ears in plaats van ANC.

De voorwaarde is een goede afsluiting. Dikke brilpoten, haar dat onder het oorkussen klem zit of een te kleine oortip veroorzaken een lek waardoor de lage tonen naar binnen stromen. Bij oordopjes is het uitproberen van alle meegeleverde maten oortips de meest lonende afstelling die er bestaat.

Vergelijking

Wat ANC niet doet

• Het creëert geen stilte. Het dempt: een vliegtuigcabine van 85 dB wordt draaglijk, niet geluidloos. Een daling van 10 dB ervaar je als een halvering van het volume; de beste koptelefoons halen 25 tot 35 dB in het laag.
• Het beschermt niet tegen impulsgeluid. Een drilboor of een schot is geen lawaai voor een koptelefoon: daarvoor heb je gecertificeerde gehoorbescherming nodig.
• Het kan hinderlijk zijn. Sommige mensen krijgen het gevoel dat hun oren dichtzitten. De hersenen interpreteren het plotselinge wegvallen van lage tonen als een drukverandering. Een instelbare intensiteit verzacht het verschijnsel.
• Het kan slecht tegen wind. Windvlagen op de buitenste microfoons veroorzaken ruis die het systeem soms versterkt; goede modellen herkennen dat en schakelen die microfoons uit.

Welke kies je in welke situatie

• Vliegtuig, trein, metro, bus: ANC, zonder discussie. Dit is het terrein waar het je luisterervaring compleet verandert. Zie de gids over noise cancelling koptelefoons en die over reizen.
• Kantoortuin: ANC wist de ventilatie en het geroezemoes in de verte uit, niet de collega naast je. Een gesloten koptelefoon met ANC en zachte muziek doen de rest.
• Studio, podium, opnames: passieve isolatie. Die voegt geen ruis en geen bewerking aan het signaal toe.
• Slapen: onopvallende, isolerende oordopjes, eventueel gecombineerd met maskeringsgeluid.
• Rustig huis: geen van beide is nodig, en een open koptelefoon klinkt natuurlijker.

Bronnen en referenties

1. Kuo, Morgan — Active noise control: a tutorial review, Proceedings of the IEEE, vol. 87, 1999
2. World Health Organization — Deafness and hearing loss: safe listening