Bạn đeo tai nghe, bấm một nút, và tiếng điều hoà ù ù, tiếng quạt máy chủ, tiếng xe ngoài đường bỗng nhỏ hẳn đi dù chưa bật bài nhạc nào. Cảm giác như có ai vừa đóng một cánh cửa vô hình. Thật ra không có cánh cửa nào cả: tai nghe đang tự phát ra thêm một âm thanh nữa để xoá tiếng ồn. Bài này giải thích cơ chế đó, những gì ANC làm được và không làm được, và vì sao trong văn phòng công nghệ gần như ai cũng có một chiếc tai nghe chống ồn trên bàn.
Âm thanh là sóng, và hai sóng có thể triệt tiêu nhau
Âm thanh là dao động áp suất không khí lan truyền đi. Nếu vẽ ra, mỗi âm là một đường sóng lên xuống: chỗ áp suất cao (nén) là đỉnh, chỗ áp suất thấp (giãn) là đáy.
Khi hai sóng gặp nhau, áp suất của chúng cộng lại. Có hai trường hợp đặc biệt:
| Trường hợp | Điều xảy ra | Kết quả nghe được |
|---|---|---|
| Hai sóng cùng pha (đỉnh trùng đỉnh) | Biên độ cộng dồn | To hơn |
| Hai sóng ngược pha (đỉnh trùng đáy) | Biên độ trừ nhau | Nhỏ đi, lý tưởng là bằng 0 |
Đây gọi là giao thoa triệt tiêu (destructive interference). Ý tưởng dùng nó để chống ồn không hề mới: nhà vật lý người Đức Paul Lueg đã đăng ký bằng sáng chế về triệt tiêu âm thanh bằng sóng ngược pha từ những năm 1930. Cái khó là thời đó chưa có linh kiện đủ nhanh và đủ nhỏ để làm việc này trong một chiếc tai nghe.
ANC không chặn tiếng ồn. Nó tạo ra một tiếng ồn "âm bản" rồi để hai thứ tự xoá nhau ngay trong tai bạn.
Bên trong tai nghe ANC có gì
Một tai nghe chống ồn chủ động cần đủ bốn thành phần làm việc liên tục:
- Micro thu tiếng ồn: một hoặc nhiều micro nhỏ gắn trên vỏ ngoài và/hoặc bên trong khoang tai.
- Chip xử lý (DSP): phân tích tín hiệu từ micro và tính ra sóng ngược pha.
- Củ loa (driver): phát cùng lúc nhạc của bạn và sóng chống ồn.
- Pin: vì toàn bộ chuỗi trên phải chạy liên tục, kể cả khi bạn không nghe nhạc.
Nhìn vào bên trong một chiếc tai nghe chụp tai sẽ thấy bo mạch cong ôm theo vỏ, các cáp mềm dẫn tới micro ở nhiều vị trí và một viên pin chiếm khá nhiều chỗ. Đó là lý do tai nghe ANC thường nặng và đắt hơn bản thường cùng hãng.
Vòng xử lý diễn ra thế nào
Mỗi lần tiếng ồn đi tới tai, tai nghe chạy một vòng lặp gần như tức thời:
- Micro ngoài bắt được sóng tiếng ồn trước khi nó lọt vào tai.
- DSP đảo dấu tín hiệu (đỉnh thành đáy) và bù trừ cho đặc tính của vỏ tai nghe, đệm tai, củ loa.
- Củ loa phát sóng đảo đó ra, đúng lúc tiếng ồn thật vừa tới màng nhĩ.
- Micro trong tai kiểm tra phần tiếng ồn còn sót lại và chỉnh tiếp.
Điểm mấu chốt là thời gian. Sóng chống ồn mà lệch pha một chút thì không còn triệt tiêu tốt, thậm chí có thể cộng thêm vào tiếng ồn. Âm thanh trong không khí đi khoảng 343 m/s; với một âm 1 kHz, mỗi chu kỳ chỉ dài 1 mili giây. Muốn xoá được nó, toàn bộ chuỗi thu, tính, phát phải nhanh hơn đáng kể so với con số đó.
Feedforward, feedback và hybrid
Các hãng bố trí micro theo ba kiểu chính:
| Kiểu ANC | Vị trí micro | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
| Feedforward | Ngoài vỏ | Bắt tiếng ồn sớm, phản ứng nhanh | Không biết thực tế trong tai còn lại bao nhiêu, nhạy với tiếng gió |
| Feedback | Trong khoang tai, gần củ loa | Đo đúng thứ bạn nghe, tự sửa sai | Dải tần xử lý hẹp hơn, dễ ảnh hưởng tới chính tiếng nhạc |
| Hybrid | Cả hai | Kết hợp ưu điểm, chống ồn tốt nhất | Đắt hơn, tốn pin hơn |
Hầu hết tai nghe chống ồn cao cấp hiện nay dùng kiểu hybrid, nhiều mẫu còn có chế độ ANC thích ứng: tự đo độ kín của đệm tai, đo môi trường xung quanh rồi đổi mức chống ồn theo thời gian thực.
Tai nghe nhét tai (true wireless) cũng làm được việc này, nhưng phải nhét toàn bộ micro, chip và pin vào một khối nhỏ cỡ đầu ngón tay. Bù lại, đầu nút silicon bịt kín ống tai nên phần chống ồn thụ động của chúng khá tốt.
ANC giỏi với tiếng gì, kém với tiếng gì
Đây là phần nhiều người hiểu sai nhất. ANC không xoá đều mọi âm thanh.
- Rất tốt: tiếng ồn tần số thấp và đều đều như động cơ máy bay, tiếng ù của tàu điện, điều hoà, quạt tản nhiệt, tiếng xe chạy xa. Loại sóng này dài, thay đổi chậm, dễ dự đoán nên chip có đủ thời gian tạo sóng ngược.
- Kém hơn: tiếng ồn tần số cao và đột ngột như tiếng nói chuyện gần, tiếng bàn phím cơ, tiếng bát đĩa va nhau, tiếng còi. Sóng ngắn, thay đổi nhanh, chỉ lệch một chút là triệt tiêu thất bại.
Vì vậy tai nghe luôn phải kết hợp hai cơ chế:
| Cơ chế | Cách làm | Hiệu quả nhất với |
|---|---|---|
| Chống ồn chủ động (ANC) | Phát sóng ngược pha | Tần số thấp, tiếng ồn đều |
| Cách âm thụ động | Đệm tai dày, nút tai bịt kín | Tần số cao, tiếng đột ngột |
Nếu thấy ANC "yếu", hãy thử đổi cỡ nút tai hoặc chỉnh lại đệm tai cho ôm. Kính cận gọng dày, tóc dài kẹt dưới đệm tai đều tạo khe hở làm lọt tiếng cao, và phần thụ động hở thì ANC giỏi cỡ nào cũng không bù hết được. Nhiều ứng dụng đi kèm tai nghe có sẵn bài kiểm tra độ kín.
Đó cũng là lý do bạn đeo tai nghe ANC trên máy bay sẽ thấy tiếng động cơ gần như biến mất, nhưng vẫn nghe tiếng em bé khóc ở hàng ghế sau.
Máy bay chính là nơi ANC ra đời cho người dùng phổ thông. Amar Bose, người sáng lập Bose, kể rằng ông nảy ra ý tưởng khi đeo tai nghe trên một chuyến bay cuối thập niên 1970 và thấy tiếng động cơ át hết tiếng nhạc. Những chiếc tai nghe chống ồn đầu tiên được làm cho phi công trước khi đến tay hành khách bình thường.
Vì sao dev nào cũng đeo tai nghe chống ồn
Lập trình cần trạng thái tập trung sâu
Viết code không giống điền biểu mẫu. Để sửa một bug khó, bạn phải giữ trong đầu cùng lúc luồng dữ liệu, trạng thái biến, vài file đang mở và giả thuyết mình đang kiểm chứng. Cấu trúc tạm thời này rất mong manh: một câu hỏi "anh ơi cho em hỏi tí" là đủ làm nó sụp, và dựng lại tốn nhiều phút.
Nghiên cứu của giáo sư Gloria Mark (Đại học California, Irvine) về gián đoạn trong công việc thường được trích dẫn với con số khoảng 23 phút để quay lại đúng nhiệm vụ ban đầu sau khi bị cắt ngang. Con số chính xác thay đổi theo từng người và từng việc, nhưng ý chính đúng với kinh nghiệm của hầu hết lập trình viên: bị ngắt quãng đắt hơn nhiều so với thời gian của chính lần ngắt quãng đó.
Văn phòng mở là môi trường ồn kiểu khó chịu nhất
Văn phòng mở với vách ngăn thấp có đủ loại tiếng: điều hoà, máy chiếu, tiếng gõ phím, điện thoại reo, và nhất là tiếng người nói chuyện. Tiếng nói khó lờ đi hơn tiếng ồn trắng vì não tự động cố hiểu những gì nghe được, kể cả khi bạn không muốn.
Ở đây tai nghe ANC đóng hai vai trò:
- Giảm nền ồn: tiếng điều hoà, quạt, tiếng ù của toà nhà bị xoá gần hết, để lại không gian yên hơn. Bạn không cần bật nhạc quá to để át tiếng ồn, đỡ hại tai về lâu dài.
- Tín hiệu xã hội: tai nghe chụp tai trên đầu là cách nói không lời "mình đang tập trung". Nhiều team còn thống nhất luôn quy ước này, ai đeo tai nghe thì nhắn tin thay vì vỗ vai.
Như phần trên, giọng nói nằm ở dải tần ANC xử lý kém hơn. Trong văn phòng, tiếng nói chuyện vẫn lọt vào, chỉ nhỏ và mờ đi. Nhiều dev kết hợp ANC với nhạc không lời, lo-fi hoặc tiếng ồn trắng, nâu để che phần còn lại.
Làm việc từ xa cũng cần
Không chỉ văn phòng: ở nhà có tiếng máy giặt, tiếng xe máy ngoài ngõ, tiếng khoan của nhà hàng xóm; ở quán cà phê có máy xay và nhạc nền. Thêm nữa, đa số tai nghe ANC có micro lọc ồn khi gọi họp, tiện cho daily standup và các buổi pair programming qua mạng.
Những điều nên biết khi dùng ANC
Cảm giác "ù tai" là bình thường
Một số người lần đầu bật ANC thấy hơi tức tai, giống khi máy bay hạ cánh. Đó là do não nhận được sự im lặng bất thường ở tần số thấp và hiểu nhầm thành chênh lệch áp suất. Thực tế không có thay đổi áp suất nào cả. Đa số sẽ quen sau vài ngày; nếu không, hãy giảm mức ANC hoặc dùng chế độ thích ứng.
Chế độ xuyên âm (transparency)
Ngược với ANC, chế độ này dùng chính các micro ngoài để đưa tiếng bên ngoài vào tai, giúp bạn nghe đồng nghiệp gọi hoặc nghe thông báo ở nhà ga mà không phải tháo tai nghe.
Đi bộ, chạy xe đạp hay xe máy mà bật chống ồn mức tối đa sẽ làm bạn mất tiếng còi, tiếng xe tới gần. Ra đường hãy chuyển sang chế độ xuyên âm hoặc tháo một bên tai nghe.
Pin và tiếng gió
ANC luôn tốn thêm pin. Phần lớn tai nghe công bố hai thời lượng pin khác nhau, có và không có ANC, nên khi so sánh sản phẩm hãy đọc đúng con số khi bật ANC. Ngoài trời có gió, micro ngoài dễ thu tiếng gió rít và đẩy nó vào tai; nhiều mẫu có chế độ giảm tiếng gió riêng cho trường hợp này.
Chọn tai nghe chống ồn cho công việc
Vì đeo nhiều giờ liền, tiêu chí của dev khác người chỉ nghe nhạc lúc đi đường:
- [ ]Độ thoải mái khi đeo 3–4 tiếng: trọng lượng, lực kẹp, đệm tai có bí nóng không.
- [ ]Kiểu ANC: ưu tiên hybrid hoặc có chế độ thích ứng.
- [ ]Độ kín thụ động: đệm tai ôm, có nhiều cỡ nút tai để thử.
- [ ]Chất lượng micro gọi họp khi môi trường ồn.
- [ ]Kết nối đa điểm (multipoint) để dùng cùng lúc với laptop và điện thoại.
- [ ]Pin khi bật ANC đủ cho cả ngày làm việc.
Tai nghe chụp tai thường chống ồn tốt và đeo lâu dễ chịu hơn vì không ép vào ống tai, nhưng to và nóng hơn. Tai nghe nhét tai gọn, tiện mang theo, phù hợp khi di chuyển nhiều.
Tóm tắt nhanh
- ANC dùng micro thu tiếng ồn, chip tính ra sóng ngược pha, rồi loa phát sóng đó để hai sóng triệt tiêu nhau.
- ANC xử lý tốt nhất tiếng ồn tần số thấp, đều đều; tiếng cao và đột ngột cần cách âm thụ động từ đệm tai, nút tai.
- Kiểu hybrid (micro trong và ngoài) cho hiệu quả tốt nhất hiện nay.
- Dev chuộng ANC vì công việc cần tập trung sâu và rất đắt khi bị ngắt quãng, nhất là trong văn phòng mở.
- Ra đường hãy dùng chế độ xuyên âm, đừng bật chống ồn tối đa.
Câu hỏi thường gặp
Đeo tai nghe ANC có hại tai không?
Bản thân sóng chống ồn không gây hại, nó chỉ làm giảm áp suất âm thanh tới tai. Thậm chí ANC còn giúp bạn nghe nhạc ở âm lượng nhỏ hơn trong môi trường ồn. Điều hại tai là nghe quá to trong thời gian dài, dù có ANC hay không.
Vì sao bật ANC rồi mà vẫn nghe tiếng người nói?
Giọng nói có nhiều thành phần tần số cao và thay đổi liên tục, đúng loại âm ANC xử lý kém. Phần này chủ yếu do đệm tai hoặc nút tai chặn lại, nên độ kín quyết định rất nhiều.
Bật ANC mà không nghe nhạc có được không?
Được. Nhiều người chỉ bật ANC để làm việc hoặc ngủ trên máy bay mà không phát gì cả. Tai nghe vẫn tiêu tốn pin cho micro và chip, nhưng ít hơn so với vừa chống ồn vừa phát nhạc.
ANC trên tai nghe và trên ô tô có giống nhau không?
Cùng nguyên lý sóng ngược pha. Một số mẫu xe dùng micro trong cabin và loa của dàn âm thanh để giảm tiếng ù của động cơ, mặt đường. Tuy nhiên khoang xe rộng hơn khoang tai rất nhiều nên khó triệt tiêu đều ở mọi vị trí ngồi, hiệu quả thường kém hơn tai nghe.
