精選 降噪耳機(jī)原理

1、降噪聲耳機(jī)原理降噪耳機(jī)分為主動(dòng)式降噪和被動(dòng)式降噪兩種。被動(dòng)式降噪耳機(jī)利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開， 主要通過(guò)隔聲材料阻擋噪聲，對(duì)高頻率聲音非常有效，一般可使噪聲降低大約為15-20dB。這種方法原理簡(jiǎn)單，降噪成本低，但效果略為遜色，且由于使用了高密度的隔聲材料，耳機(jī)較重佩戴不舒服。我們可以看見的大多數(shù)便攜式隔音耳機(jī)產(chǎn)品都是這種被動(dòng)式降噪方式，入耳式耳塞和封閉式耳機(jī)能 夠在一定程度上隔離噪音，但卻沒(méi)有辦法來(lái)中和噪聲達(dá)到安靜的聆聽效果。被動(dòng)降噪的優(yōu)勢(shì)是降噪空間大，對(duì)于高頻信號(hào)的隔絕效果好，比如公路旁邊的隔音板。但是，對(duì)于小空間的低頻噪聲來(lái)說(shuō)，像空調(diào)工作噪 聲、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等噪音則效果大打折

2、扣。主動(dòng)降噪概念是BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士在一次飛行旅途中由于受不了飛機(jī)噪音而 提出的。1989年，BOSE主動(dòng)降噪耳機(jī)推出， 但主要用于商業(yè)以及軍用戰(zhàn)場(chǎng)上，真正量產(chǎn)到民用還是在 2000年。之所以要采用主動(dòng)降噪耳機(jī)，一方面是因?yàn)槟承┰胍羰菬o(wú)法通過(guò)物理方式隔絕的，另一方面，很多情 況下，噪音來(lái)自于多方面，我們無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)方法來(lái)進(jìn)行降噪。其實(shí)主動(dòng)降噪的理論十分簡(jiǎn)單，“聲波”是我們中學(xué)物理課程中都會(huì)學(xué)到的理論。聲音的傳播是 通過(guò)介質(zhì)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，波與波之間如果呈反相則會(huì)在理論條件下實(shí)現(xiàn)抵消。這就好比平靜的湖中兩組不 同方向的波浪相互抵消一個(gè)道理。主動(dòng)降噪耳機(jī)工作原理圖示1環(huán)境

3、噪音的波形（原 始聲音）.2逆相位波形可抵消噪 音.3復(fù)合波形。2個(gè)聲波S相抵消.主動(dòng)降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點(diǎn)，然后通過(guò)內(nèi)置的處理芯片運(yùn)算出反相的波，再通過(guò)高還原度揚(yáng)聲器相抵消。所以主動(dòng)降噪系統(tǒng)必備的設(shè)備有拾音器、處理芯片、揚(yáng)聲器，每一個(gè)部分都要保 證高質(zhì)量才能達(dá)到最終的效果，故成本上就要比傳統(tǒng)非降噪設(shè)備高。主動(dòng)降噪耳機(jī) 除使用隔聲材料，耳機(jī)內(nèi)部還設(shè)有音頻處理電路，可對(duì)部分低頻信號(hào)進(jìn)行消減，因此降噪 效果比被動(dòng)式耳機(jī)要好。所有的聲音都由一定的頻譜組成，如果可以找到一種聲音，其頻譜與所要消除的 噪聲完全一樣，只是相位剛好相反，相差180 就可以將這噪聲完全抵消掉，如圖所示。/7原始

4、噪聲侑號(hào)Q(/獷fi加后的噪聲13號(hào)噪蘆抑制倍號(hào)抗噪信號(hào)僅僅是通過(guò)對(duì)原始噪聲信號(hào)的反相處理得到的，目的就是當(dāng)它們相遇時(shí)可以互相抵消。這 種方法基于疊加原理，當(dāng)波形相同、相位相差180。的兩個(gè)信號(hào)相互疊加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干涉相消現(xiàn)象。如果噪聲抑制信號(hào)和原信號(hào)不完全相同或者相位不是精確的相差180，則只會(huì)減弱噪聲，并不能達(dá)到完全抵消的效果。輸人音頻信號(hào)中外置傳感器的開環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)4、閉環(huán)路系統(tǒng)、自適應(yīng)降噪系統(tǒng)主動(dòng)降噪系統(tǒng)通過(guò)一只傳聲器采集噪聲并產(chǎn)生抗噪信號(hào)。在一個(gè)開環(huán)路系統(tǒng) 中，如圖所示，傳聲器放置于耳罩的外部，其拾取的聲音信號(hào)經(jīng)反相放大器輸出得到抗噪信號(hào)，而后與所需的音頻信號(hào)混合， 最終在耳

5、機(jī)換能器中重放嘲?？乖胄盘?hào)能夠衰減外界噪聲，使原始聲音更便于理解。通常，開環(huán)主動(dòng)降噪 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)噪聲衰減10-15dB，這在為專業(yè)人士及普通消費(fèi)者設(shè)計(jì)的不同種類的降噪耳機(jī)中可以普遍發(fā) 現(xiàn)?？墒?，這種設(shè)計(jì)對(duì)于那些想要獨(dú)自調(diào)整抗噪信號(hào)大小以滿足最佳聽音效果的人們來(lái)說(shuō)并不適用。開環(huán)路系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)就是簡(jiǎn)單，但與其他類型的降噪耳機(jī)比，可能并不是最令人滿意的。由于 傳聲器放置于耳罩外，實(shí)際采集到的噪聲和耳罩內(nèi)聽到的噪聲并不完全一樣。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)耳罩再加上其 內(nèi)部的反射作用，聲音已發(fā)生了改變。因此，在很多情況下，抗噪信號(hào)可以在耳機(jī)內(nèi)生成。如果傳聲器放置于耳罩內(nèi)換能器的前方，系統(tǒng)可能生成一個(gè)更加精確的抗噪

6、信號(hào)，如圖所示。此時(shí)，傳 聲器拾取到的聲音既包括耳機(jī)換能器發(fā)出的聲音，又包括耳罩內(nèi)產(chǎn)生的噪聲，這個(gè)信號(hào)作為糾錯(cuò)信號(hào)反饋 給所需的聲音信號(hào)，因此被稱為“閉環(huán)路系統(tǒng)”。閉路系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)是通過(guò)反饋方式來(lái)達(dá)到降噪的目的。耳機(jī)換能器傳聲濾波器輸人音頻信號(hào)內(nèi)置傳感器的閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)控制論中，噪聲（比如放大器的失真）被看作是一種非線性的變化，可以通過(guò)在系統(tǒng)中引入校正信號(hào)來(lái)減輕 或消除這種失真。圖 3所示的是一個(gè)閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)。傳聲器置于耳罩內(nèi)部，拾取到的是所需的 聲音和噪聲的混合聲。首先，這個(gè)系統(tǒng)將所需信號(hào)從混合信號(hào)中分離出來(lái)并對(duì)剩下的噪聲信號(hào)進(jìn)行反相。然后，對(duì)反相的噪聲信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以便

7、抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的噪聲。 輸出級(jí)將抗噪信號(hào)和所需信號(hào)重新合成,最終在耳機(jī)換能器中實(shí)現(xiàn)重放。由于這是一個(gè)反饋的過(guò)程，所以在某些情況下，閉環(huán)系統(tǒng)可能會(huì)不穩(wěn)定。自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)上面提到的開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)都是采用模擬濾波器來(lái)產(chǎn)生抗噪信號(hào)，而數(shù)字濾波器的功能更為強(qiáng)大，設(shè) 置也更為簡(jiǎn)單。用數(shù)字濾波器來(lái)消除噪聲的方法叫做自適應(yīng)濾波法，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)糾正相位錯(cuò)誤和幅度 錯(cuò)誤。傳聲器帝取噪聲信號(hào)作為港考倍號(hào)】ifa時(shí)局延遲傳聲器:拾取實(shí)際聲音并+生謀蔓信號(hào)血邑輸人&頻苗呂切辿遞波器O*4申矣*Eoixomxn自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系魏自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)上圖是使用自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)的原理圖。在頭戴耳機(jī)的

8、頂部放置一只傳聲器拾取噪聲信號(hào)作為參考 信號(hào)，自適應(yīng)濾波器利用當(dāng)前信號(hào)經(jīng)過(guò)耳機(jī)系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)耳罩內(nèi)的噪聲，然后將預(yù)測(cè)噪聲反 相后與所需音頻信號(hào)進(jìn)行疊加，最終傳送給耳機(jī)換能器。置于耳罩內(nèi)的傳聲器拾取實(shí)際的聲音并產(chǎn)生一個(gè) 誤差信號(hào)，使濾波器收斂于零以得到更加準(zhǔn)確的抗噪信號(hào)。5、降噪耳機(jī)的一些技術(shù)進(jìn)展 降低噪聲通常所采用的三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過(guò)程中降噪及在人耳處降噪，這些技術(shù)都 是消極被動(dòng)的。為了積極主動(dòng)地消除噪聲，人們發(fā)明了主動(dòng)噪聲控制ANC這一技術(shù)。主動(dòng)降噪通過(guò)測(cè)量、反向控制、聲場(chǎng)疊加三個(gè)主要過(guò)程實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)抵消嘲。在眾多主動(dòng)降噪耳機(jī)中，這個(gè)原理基本是通用的且多 年沒(méi)有變化，主動(dòng)降噪耳機(jī)的發(fā)展似乎遇到了自己的瓶頸。瓶頸在主動(dòng)降噪技術(shù)上，而各廠家又都想把自 己的產(chǎn)品變成市場(chǎng)中的王者，于是將關(guān)注點(diǎn)放在了其他方面。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，人們清醒地認(rèn)識(shí)到，噪聲 控制的根本途徑是對(duì)聲源的有效控制，所以從分析聲源的發(fā)聲機(jī)理出發(fā)，對(duì)聲源或近場(chǎng)域?qū)嵤┲鲃?dòng)控制才 是解決噪聲控制積極主動(dòng)的發(fā)展方向。在各種產(chǎn)品向數(shù)字化發(fā)展的今天，數(shù)字化主動(dòng)降