Wie Noise-Cancelling-Kopfhörer funktionieren (und wie wir sie testen)

Bose stellte seine QuietComfort-Kopfhörer erstmals im Jahr 2000 vor, und seitdem ist die Welt der aktiven Geräuschunterdrückung (ANC) auf Verbraucherebene exponentiell gewachsen. Jedes Jahr testen wir Dutzende von Kopf- und Ohrhörern, die versprechen, die Geräusche der Welt um Sie herum auszublenden, sei es das Dröhnen eines startenden Flugzeugs oder ein gesprächiger Kollege mit einer mechanischen Tastatur. Aber was genau ist Geräuschunterdrückung und wie testen wir sie? Wir sind hier, um Ihnen zu helfen zu verstehen, was ANC kann und was nicht, und worauf wir beim Testen achten, um die besten Modelle zu ermitteln, die Sie kaufen können.

Passive Geräuschunterdrückung (oder Geräuschisolierung)

Kopfhörer und Ohrhörer sind fast immer so konzipiert, dass sie Außengeräusche in irgendeiner Form blockieren. Die aktive Geräuschunterdrückung verwendet komplizierte Schaltungen (die wir weiter unten erklären werden), aber das ist nicht die einzige Möglichkeit.

Bei der passiven Geräuschunterdrückung oder Geräuschisolierung werden Materialien und physikalische Technik verwendet, um Ihre Ohren manuell von Außengeräuschen zu isolieren. Ohrstöpsel bieten eine passive Geräuschisolierung, ebenso wie die meisten In-Canal-Ohrhörer, da ihre Silikon- oder Schaumstoffspitzen in Ihre Ohren passen. Over-Ear-Kopfhörer (umlaufend) können auch eine passive Geräuschisolierung bieten, indem sie die Ohrmuscheln verwenden, um eine zuverlässige Abdichtung um Ihr Ohr herum zu schaffen, um einen anständigen Schwaden von Umgebungsgeräuschen zu blockieren, der durch Materialien wie Memory-Schaum verstärkt wird. ANC-Kopfhörer verlassen sich häufig auf diese Elemente, um zusätzlich zu den verwendeten Schaltkreisen Rauschen auszublenden.

Egal, ob es sich um kanaldichte Ohrhörer oder ohrumschließende Kopfhörer handelt, es beginnt mit der Geräuschisolierung, bevor kompliziertere ANC-Schaltkreise überhaupt ins Spiel kommen.

Der Schlüssel zur aktiven Geräuschunterdrückung: Inverses Audio

Das Grundkonzept, wie die aktive Geräuschunterdrückung funktioniert, ist einfach. Stellen Sie sich eine Sinuswelle in einem Diagramm vor, deren Bogenhöhe im positiven Bereich liegt. Stellen Sie sich nun die genaue Umkehrung davon vor, wobei der niedrigste Punkt mit der Spitze der positiven Sinuswelle übereinstimmt. So wie das Addieren von 1 zu -1 0 ergibt, heben sich diese beiden Wellen gegenseitig auf. Wenn die Wellen also Audiosignale darstellen, heben sie sich im Wesentlichen gegenseitig auf und erzeugen Stille.

Das ist ANC. In ANC-Kopfhörer eingebaute Mikrofone erfassen Umgebungsgeräusche, und eine Audioverarbeitungsschaltung nimmt diese Geräusche und erzeugt ihre Umkehrung, um sie in Echtzeit auszulöschen.

Wenn alle Geräusche um uns herum so einfach und vorhersehbar wie Sinuswellen wären, wäre die aktive Geräuschunterdrückung einfach zu implementieren, billiger in der Herstellung und fast immer hochwirksam. Aber der Ton ist selten so stabil, und seine Komplexität kann es für Rauschunterdrückungsschaltkreise schwierig machen, eine genaue Umkehrung zu erzeugen. ANC funktioniert normalerweise recht gut für konstante Geräusche, wie das Surren einer Klimaanlage oder das Rumpeln eines Flugzeugs. Es ist schwieriger, genaue Umkehrungen für Klänge zu erzeugen, die in Tonhöhe und Lautstärke ziemlich variieren, wie jemand, der singt, oder einen perkussiven Klang, wie jemand, der in die Hände klatscht.

Hinzu kommt, dass es zwar relativ einfach ist, für niedrigere Frequenzen inverse Wellen zu erzeugen, höhere Frequenzen jedoch schwieriger einzustellen sind. Da ANC am besten bei niedrigen Frequenzen und gleichmäßigen Tönen funktioniert, wenden die Hersteller einige zusätzliche Tricks an, um Höhen und transiente Töne abzuschwächen.

Ein Trick, den wir oft sehen, insbesondere bei weniger teuren Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung, besteht darin, dass die Hersteller ein weißes Rauschen in das Signal einfügen, das die Frequenzen, die die Schaltung nicht eliminieren kann, effektiv maskiert. Dies ist jedoch keine Geräuschunterdrückung, sondern eine Geräuscherzeugung, und wir vermerken dies in unseren Bewertungen, wann immer wir es hören.

Aktive Geräuschunterdrückung vs. adaptive Geräuschunterdrückung

Angeblich bezieht sich die adaptive Geräuschunterdrückung auf eine aktive Geräuschunterdrückung, die sich in Echtzeit an die gehörten Geräusche anpasst, um die bestmögliche Geräuschunterdrückung für diese Umgebung zu schaffen. Wenn das für Sie sehr nach der Grunddefinition von ANC klingt, liegen Sie nicht falsch. ANC muss schließlich anpassungsfähig sein, sonst würde es nicht funktionieren. Einige Unternehmen drängen jedoch auf die Idee, dass ihre Geräuschunterdrückung erkennen kann, wo Sie sich befinden, und das Verhalten der Schaltung entsprechend anpassen. Neuere Sony-Modelle arbeiten beispielsweise mit einer App, die die Umgebungen, in denen Sie sich aufhalten, „lernen“ kann und das beste ANC für diese Bereiche bietet.

Egal wie fortschrittlich das alles klingt, im Kern ist es das, was ANC tun soll. ANC soll nicht nur in Bahnhöfen funktionieren, es muss überall funktionieren. Dazu müssen Sie das beste Ergebnis basierend auf der Echtzeit-Audioanalyse von Mikrofonen senden, die Ihre Umgebung ständig überwachen.

Um es ganz klar auszudrücken, die Technologie verbessert sich ständig, und die Hersteller müssen Fachjargon für den Markt erfinden und ihn von früheren Versionen unterscheiden. Also ja, was als adaptive Geräuschunterdrückung bezeichnet wird, ist im Großen und Ganzen eine Verbesserung gegenüber ANC aus den Vorjahren, aber mit unterschiedlichem Grad an Leistung und Konsistenz und ein bisschen Verkaufstalent obendrauf.

Häufige Probleme mit der Geräuschunterdrückung

Wie wir bereits erwähnt haben, ist Zischen etwas, auf das man achten sollte, und ein häufiges Problem bei günstigeren Kopfhörern. Eine weitere rote Fahne ist die Auswirkung der Geräuschunterdrückung auf die Audioausgabe eines bestimmten Kopfhörerpaars. Das Ein- und Ausschalten des ANC sollte die Klangsignatur nicht ändern, und bei hochwertigen Modellen tut es dies nicht. Aber wir haben viele ANC-Kopfhörer getestet, die diesbezüglich Probleme haben. Manchmal ist die Änderung der Klangsignatur sehr subtil, aber viele billigere Paare klingen völlig anders, wenn der ANC eingeschaltet ist, und diese Modelle werden am besten vermieden.

Ein weiteres Problem ist der Druck im Ohr. Die wahrgenommenen Druckänderungen, die durch ANC verursacht werden, variieren nicht nur von Kopfhörer zu Kopfhörer, sondern von Person zu Person. Ein Paar mag sich für mich gut anfühlen, aber zutiefst unangenehm auf Ihrem Kopf. Wir sind alle unterschiedlich gebaut, daher ist es ideal, wenn immer möglich, die Kopfhörer selbst zu testen, um sicherzustellen, dass der Druck im Ohr Sie nicht stört. Sich auf das zu verlassen, was eine Bewertung sagt, ist bis zu einem gewissen Grad hilfreich, aber letztendlich kann ich nicht wissen, ob Ihre Ohren auf die Geräuschunterdrückung eines bestimmten Kopfhörers genauso reagieren werden wie meine.

Wie wir die Geräuschunterdrückung testen

Ob Sie es glauben oder nicht, unser Testverfahren für Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung ist während der COVID-19-Pandemie immer noch ziemlich dasselbe wie in den Jahren zuvor. Schließlich haben wir nicht jedes Mal einen Überlandflug gemacht, wenn wir einen neuen Kopfhörer testen. Und während New York City, wo wir unsere Tests durchführen, ruhiger als gewöhnlich ist, sind Tests auf der Straße nur ein kleiner Teil davon, wie wir die Wirksamkeit von ANC-Kopfhörern bestimmen. Um definitiv sagen zu können, welches Paar mit welchen Frequenzen am besten zurechtkommt, brauchen wir Konsistenz, und das bekommen wir nicht so einfach auf die Straße.

Für den Großteil unserer Tests verwenden wir also dieselben Sounddateien mit denselben Lautstärkepegeln über dieselben Lautsprecher im selben akustisch behandelten Raum, um Geräusche zu erzeugen. Wir testen mit Tondateien von niederfrequentem Rumpeln, Dateien von Hochfrequenz-Sweeps und Aufnahmen von lauten Restaurants und Büroumgebungen. Wir haben die Kopfhörer auch Stresstests unterzogen, indem wir Sounddateien mit hoher Lautstärke abgespielt haben, die kein Paar vollständig auslöschen kann, um festzustellen, wie effektiv sie unter extremen Bedingungen sind.

Indem wir vergleichen, wie Kopfhörer diese Sounddateien und Außengeräusche verarbeiten, können wir ablesen, welche Modelle Geräusche effektiver zurückwählen. Die Antwort ist nicht immer einfach; Einige Paare sind besser als andere darin, bestimmte Frequenzbereiche zu eliminieren, einige sind inkonsistent, und einige schneiden bei einem Lautstärkepegel besser ab, bei einem anderen jedoch deutlich schlechter.

Dann gibt es das oben erwähnte Rauschproblem, das wir in einem außergewöhnlich ruhigen Raum testen. Ideal dafür ist unser halbschallisolierter, akustisch behandelter Prüfraum, in dem wir ohne jegliche Außengeräusche auf das Rauschen hören können. Wenn dem Audiosignal in einem superleisen Raum ein hörbares Rauschen hinzugefügt wird, scheint die Aktivierung des ANC die Dinge tatsächlich lauter und nicht leiser zu machen.

Natürlich werden all diese Tests durchgeführt, ohne dass Musik über die Kopfhörer gespielt wird, aber wir testen auch die Audioleistung, sowohl um zu sehen, wie die Kopfhörer klingen, als auch um zu sehen, ob der ANC die Klangsignatur überhaupt verändert. Schließlich sind dies Kopfhörer, und wie sie klingen, ist genauso wichtig wie wie gut sie Außengeräusche blockieren. Weitere Informationen darüber, wie wir die Audioleistung bewerten, finden Sie in unserer Geschichte darüber, wie wir Kopfhörer testen.

Sobald alle unsere Tests abgeschlossen sind, berücksichtigen wir die Geräuschunterdrückung und die Audioleistung zusätzlich zu anderen Faktoren wie Preis und Benutzererfahrung, um eine Bewertung zu bestimmen. Wir testen die meisten großen (und nicht so großen) Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung auf dem Markt, und jeder unserer Tests ist ein tiefer Einblick in alle Aspekte ihrer Leistung.

Um einen Blick auf unsere aktuellen Lieblingsmodelle zu werfen, sehen Sie sich unsere Leitfäden zu den besten Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung, den besten True-Wireless-Ohrhörern mit Geräuschunterdrückung und einem Kopf-an-Kopf-Vergleich der derzeit besten ANC-Modelle auf dem Markt an.