Ein av aktivitetane som gjer det råd å halde ut lange flyreiser, er å høyre på god musikk, ei spennande lydbok eller ein engasjerande podkast. Her er støydempande høyretelefonar heilt suverene.

Støydempinga gjer at den djupe brumminga frå flymotoren forsvinn, og du vert nesten kvitt annonseringa frå flyvertane og praten til medpassasjerane. Du kan søkke ned i setet og nyte den gode lyden av akkurat det du vil høyre.

Støy vert opplevd som eit problem ikkje berre på flyet, men også i kollektivtrafikken, på arbeidsplassen og kanskje også heime med familien. Nokre brukar dei store modellane med øyreklokker som er laga av Sony, Bose eller Beats, medan andre brukar øyreproppar som no også kan vere utstyrte med aktiv støydemping.

Eit vanleg par med støydempande høyretelefonar har to løysingar for å fjerne omgjevnadsstøy frå øyra til brukaren. For lågare frekvensar er løysinga å lage motlydar som nullar ut lydane frå omgjevnaden. For høgare frekvensar er løysinga å lage lydisolering eller polstring for å stengje lyden ute. Det fyrste prinsippet er basert på å bruke lydens fysikk på ein avansert måte som me forklarer her, medan det andre prinsippet er ganske enkelt og har blitt brukt av menneska til alle tider. I steinalderen var det sikkert mange som dytta tørt gras og kvae inn i øyra for å få fred om natta.

Elektronisk støydemping er altså eit indre system i høyretelefonane som nullar ut lydane frå omgjevnadene. For å forstå korleis dette verkar, må vi starte frå det faktumet at lyd er bølgjer. Lyden vi høyrer, er heile tida summen av alle lydbølgjer ved ulike frekvensar. Styrken på lyd kan målast i amplituden – som på ein måte er høgda på bølgja. I tillegg har vi frekvensen som fortel kor mange bølgjer som passerer eit punkt i løpet av eit sekund. Låge frekvensar gjev lange bølgjer, høge frekvensar gjev korte bølgjer. Lyd i eit fysisk medium som luft eller vatn har den eigenskapen at amplitudar legg seg oppå kvarandre. Viss du legg til ein lyd med negativ amplitude til ein lyd med like stor positiv amplitude, forsvinn begge lydane. Dei kansellerer kvarandre. Dette prinsippet vert brukt i støydempande høyretelefonar, og det er forresten utgangspunktet for den engelskspråklege nemninga «noise cancelling headphones».

Mikrofonar på utsida av høyretelefonane samlar lydbølgjene frå omgjevnadene. Deretter lagar elektronikken i utstyret ein lyd med nøyaktig motsett amplitude til den lyden som kjem frå utsida. Resultatet er at den elektroniske lyden faktisk nullar ut omgjevnadsstøyen, og det som er igjen å høyre på, er den musikken eller det radioprogrammet som vert formidla inni høyretelefonane.

Men bølgjefysikken set grenser for kva denne motlydløysinga kan gjere. Motlyden må treffe trommehinna samtidig med den eksterne lyden for at støydempinga skal kunne verke. Vi menneske har ikkje standardstorleikar på øyregangar og øyrer, så det vil vere variasjon i avstand frå høgtalaren inni høyretelefonen til trommehinnene til brukaren og dermed ulik oppleving av støydempinga frå menneske til menneske.

Den støydempande effekten er mest effektiv for langbølgjelydar, det vil seie basslydar. Ein frekvens på 100 slike bølgjer i sekundet (100 hertz som fysikarane seier) tilsvarer ei bølgjelengd på 3,4 meter. Om du flyttar deg 1–2 cm på ein bølgjetopp for ei bølgje med lengd 3,4 meter, endrar ikkje amplituden seg noko særleg, så ein kunstig generert motlyd vil kansellere like godt om det 4 eller 6 cm frå høgtalaren til trommehinna. Sjølv om motlyden skulle vere litt usynkronisert vil effekten framleis vere sterk.

For kortbølgjelydar, det vil seie diskantlydar, vert det eit problem. Det er vanskelegare å synkronisere lyd og motlyd ved høge frekvensar, og dermed vanskelegare å nulle ut den uønskte lyden. Ein frekvens på 10.000 bølgjer i sekundet (10.000 Hz) tilsvarer ei bølgjelengd på 3,4 cm. Små variasjonar i avstanden mellom høgtalaren i høyretelefonen og trommehinna vil ha konsekvensar for når motlyden treffer trommehinna. Dersom du aukar eller reduserer avstanden med ein centimeter, vil den elektronisk genererte motlyden ikkje treffe godt synkronisert, og i staden for støydemping kan du faktisk få støyforsterking. Difor er støyreduksjon ikkje praktisk gjennomførleg med dagens teknologi for frekvensar over 1000 Hz. Og difor er det lydfilter i høyretelefonen som fjernar frekvensar over 1000 Hz frå støyen, slik at motlyden berre har med dei frekvensane som er lægre enn 1000 Hz. Lydfilter er finstemte komponentar som òg er baserte på samspel mellom avansert lydfysikk og mikroelektronikk.

Enno er det berre polstring som verkar for høgfrekvente lydar, men det er i hovudsak godt nok. Polstringsmateriale er gode til å fange opp energien i korte lydbølgjer slik at dei ikkje forplantar seg vidare på den andre sida av polstringa. Men det er jo ikkje polstring på øyreproppar, tenkjer du kanskje. Jau, kroppsvevet i øyregangen omsluttar øyreproppen og fungerer som polstring.

Støydempande høyretelefonar er eit teikn i tida. Støydempinga fjernar det lydbiletet som finst i omgjevnadene, slik at vi kan slappe meir av og lytte til favorittmusikk, podkast eller radionyhende. Nokre brukar høyretelefonar for å signalisere til andre at dei vil vere i fred.

Lars Nyre
og Bjørnar Tessem