ANC - Cómo funciona y tipos de ANC

Jesús Sánchez, actualizado a 2 octubre 2020

La Cancelación Activa de Ruido o ANC (Active Noise Cancellation) es una tecnología que se basa en el principio de la cancelación de la fase de onda. Las ondas que están desfasadas 180 grados (invertidas unas de otras) se cancelan cuando se suman.

La idea con la cancelación del ruido es captar el ruido de fondo, invertir dicha señal para crear una onda “anti-ruido”, y luego agregarlo a la señal de salida que incluye la música. De esta manera, la señal “anti-ruido” cancela el ruido de fondo real en el momento en que llega a nuestros oídos.

Es parecido a sumar -1 y +1, terminas con cero. La idea es sorprendentemente simple y se remonta a la década de 1930, pero la tecnología para captar y generar la onda de “anti-ruido” en tiempo real es más compleja.

La cancelación de ruido activa tiene varios nombres que se usan con bastante popularidad y normalmente son sinónimos:

  • ANC: Active Noise Cancellation
  • ANR: Active Noise Reduction
  • ENC: Electronic Noise Cancellation

¿Cuál es la diferencia entre la cancelación activa del ruido y el aislamiento del ruido?

Es bastante fácil, pero vale la pena explicarlo ya que algunos fabricantes suelen presumir de tener un “diseño de aislamiento del ruido” o “capacidades de cancelación del ruido” en muchos productos, pero no es ANC.

La cancelación activa del ruido es una tecnología que requiere componentes electrónicos y un procesamiento de datos. Cuando uses un dispositivo con ANC notarás que la batería se agota antes.

El aislamiento del ruido, por su parte, es algo físico que bloquea parte de los sonidos externos y reducen la cantidad de ruido que se filtra en los oídos. No necesita alimentación y se logra simplemente con un diseño cuidado y buena calidad de construcción.

Los diseños cerrados, las almohadillas de cuero, un buen sellado en los oídos, el tamaño de las almohadillas, una mayor fuerza de sujeción en la diadema, todo ello contribuye al aislamiento pasivo del ruido.

Historia del ANC

La tecnología de Reducción Activa de Ruido se considera a menudo como un invento muy moderno, ya que solo ha llegado al público en general recientemente, sin embargo, la tecnología ANC ha existido desde hace más de 80 años.

  • Ya en 1936 se concedió al investigador Paul Lueg, Estados Unidos de América, una patente para un sistema de control de ruido que funcionaba invirtiendo la polaridad de los sonidos y reproduciéndolos para anular cualquier sonido de fondo innecesario.
  • En 1950, se concedió al Lawrence Fogel otra patente relacionada con un sistema ANC diseñado para anular el ruido de fondo en las cabinas de los helicópteros y aviones.
  • En 1957, el Willard Meeker creó un diseño de cómo los sistemas ANC podrían ser utilizados en los auriculares.
  • Sin embargo, no fue hasta 1986 cuando Bose, con el desarrollo de la tecnología, pudo construir el primer prototipo funcional de auriculares con cancelación activa de ruido.
  • A partir de aquí la tecnología ANC comenzó a desarrollarse rápidamente y en 1992 el Nissan Bluebird fue el primer coche en utilizar la tecnología ANC. Aunque pasaron otros 20 años hasta que la tecnología de reducción activa de ruido fue adoptada más ampliamente en los automóviles.

Beneficios

Además de disfrutar mejor de nuestra música, los sistemas ANC tienen varias ventajas importantes para nuestra salud:

  • Minimizan el riesgo de pérdida de audición
  • Reducen la presión sanguínea
  • Reducen la frecuencia cardíaca

Tipos de cancelación de ruido activa

Feedforward ANC

Es el tipo más simple de cancelación activa de ruido. Con la tecnología feedforward, el micrófono de captura de ruido se coloca en el exterior de los auriculares lo cual es bastante conveniente porque en la parte interior (la que da a la oreja) tiene una superficie mucho más limitada.

A continuación, los ingenieros tienen que hacer pruebas para determinar cuánto sonido y qué frecuencias llegan al oído, en comparación al ruido recogido en la parte externa del auricular. Con esos datos crearan un mapeo que se ejecutará en el DSP que será el encargado de generar la onda inversa al ruido externo en las frecuencias y volumen adecuados.

Sin embargo, el mapeo del ruido externo no es tan preciso como colocar un micrófono dentro del auricular. Los diferentes oídos, un ajuste flojo, etc. pueden permitir que unas determinadas frecuencias lleguen a nuestro oído más que otras. Algo que el mapeo no puede tener en cuenta.

Como podemos ver, colocar el micrófono fuera de los auriculares tiene sus ventajas:

  • El micrófono externo tiene la mejor sensibilidad al ruido
  • Es más fácil colocar el micrófono en la parte externa (hay más superficie)

Pero también tiene sus inconvenientes:

  • El rendimiento del ANC no es tan bueno, no puede tener en cuenta el ajuste al oído
  • Aumenta el ruido del viento

Feedback ANC

En el caso del Feedback ANC el micrófono se coloca dentro del auricular, de esta manera el ruido capturado por el micrófono refleja con mayor precisión el ruido que el usuario escucha, independientemente de la posición y el ajuste exactos de los auriculares. La ubicación del micrófono también hace esta clase de ANC se vea menos afectada por el ruido del viento. Su mayor inconveniente es que funciona peor con los ruidos de alta frecuencia, ya que estas frecuencias atraviesan menos los materiales y se necesitan micrófonos muy buenos para detectarlas a volúmenes bajos.

Además, este tipo de tecnología requiere que el DSP filtre el sonido reproducido por el propio driver (la música, por ejemplo) porque también será filtrado por el micrófono interno. La forma de hacerlo es mapeando el sonido presente en el DSP y el sonido producido por el driver en la fase de diseño de los auriculares.

Pero como los mapeos nunca pueden ser perfectos (diferentes drivers, condiciones de humedad, temperatura, etc.) lo que hace que el propio procesado ANC introduzca algo de ruido en la señal.

Este tipo de ANC también tiene la dificultad de que hay menos tiempo de procesamiento ya que se está trabajando con un sonido que está ya muy cerca del oído. Como tal, el Feedback ANC es más efectivo en las frecuencias bajas que tienen longitudes de onda más largas.

ANC Híbrido

La cancelación activa de ruido híbrida ofrece lo mejor de ambos mundos y, como habrás adivinado, combina los micrófonos externos con internos para mejorar el rendimiento.

Gracias a eso, esta clase de ANC tiene un mejor rendimiento en todos los rangos de frecuencia y tiene menos problemas de retroalimentación.

El inconveniente es que el ANC híbrido es más caro. No solo hay dos micrófonos, sino que éstos deben ser de alta calidad para evitar la introducción de ruido adicional. Además, los auriculares también requieren un hardware de procesamiento dedicado más potente para manejar los cálculos adicionales. Los desarrolladores también duplican todas las pruebas de frecuencia y rendimiento para maximizar el rendimiento de la cancelación del ruido.

Limitaciones del ANC

Los sistemas ANC actuales de muchos auriculares de gama alta son excelentes y cuando los pruebas la primera vez parece absoluta magia negra, sin embargo, tienen sus limitaciones. Los micrófonos no son perfectos, como tampoco lo son los mapeados de frecuencias ni los algoritmos de procesamiento.

El mayor problema de la cancelación del ruido es capturar los sonidos de fondo con la suficiente precisión para proporcionar la máxima cantidad de atenuación. Los micrófonos tienen respuestas de frecuencia imperfectas, la conversión electrónica introduce ruido por sí misma, y la fase de la forma de onda de cancelación que sale del altavoz podría no alinearse perfectamente con la fase del ruido una vez que llega a tu oído. Estos sistemas necesitan ser ajustados con precisión, pero incluso entonces no verás nunca una cancelación del 100 por ciento. En cambio, es bastante común una reducción de ruido de entre -20 y -30 dB, lo que reduce el volumen de fondo en cualquier lugar de 1/16 a 1/32. Una cantidad considerable.

Por eso, los sistemas ANC son menos efectivos con ruidos aleatorios y cambiantes como las voces; y funcionan mejor con ruidos constantes como el zumbido del aire acondicionado o el motor de un avión.

Auriculares con mejor cancelación activa de ruido:

¿Qué son cVc y DSP?

cVc es la abreviatura de Clear Voice Capture (Captura de voz clara), una tecnología desarrollada por Qualcomm que consiste en suprimir varios tipos de ruido de reverberación a través del software de cancelación de ruido incorporado y el micrófono.

El DSP es un procesador diseñado para el tratamiento de digital de señales y que utilizan prácticamente todos los dispositivos que tratan audio. Como ya sabemos, un DSP puede utilizarse para mejorar el sonido, para el reconocimiento de voz, para la cancelación activa de ruido y para muchas otras cosas.

Como podemos ver, con un DSP podemos ejecutar ANC y cVc entre otras muchas cosas, pero muchos vendedores (en AliExpress y similares) anuncia el DSP con un sistema de cancelación de ruido en llamadas. En realidad, no es el DSP en sí, sino la capacidad del DSP.

Esta cancelación de ruido funciona de manera parecida al cVc, aunque no son los mismos algoritmos patentados de Qualcomm. La diferencia es la siguiente:

  • La tecnología cVc está pensada principalmente para eliminar el eco durante la llamada
  • La eliminación de ruido genérica con el DSP está diseñada para reducir el ruido de alta y baja frecuencia del ambiente

Estos dos diseños, muchas veces se utilizan a la vez en los auriculares Bluetooth para mejorar la calidad del manos libres.

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