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主動(dòng)降噪系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些

發(fā)布時(shí)間:2024-05-12 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】快節(jié)奏已經(jīng)是每個(gè)人生活的常態(tài),開(kāi)放式的辦公環(huán)境、上下班通勤路上、出差旅途中……我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不被噪音污染影響著。于是乎隨著科技的發(fā)展,耳機(jī)這個(gè)看著很普通的設(shè)備,已經(jīng)從最開(kāi)始滿足能聽(tīng)的需求,到現(xiàn)在降噪成為許多上班族的剛需。我們想要有一款耳機(jī),幫助我們逃離噪聲的干擾,尋求自己的獨(dú)立空間,尋求聆聽(tīng)的音樂(lè)更加純粹,但你真的了解“降噪”么?經(jīng)常聽(tīng)到的主動(dòng)降噪耳機(jī),工作原理又是什么呢?  


快節(jié)奏已經(jīng)是每個(gè)人生活的常態(tài),開(kāi)放式的辦公環(huán)境、上下班通勤路上、出差旅途中……我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不被噪音污染影響著。于是乎隨著科技的發(fā)展,耳機(jī)這個(gè)看著很普通的設(shè)備,已經(jīng)從最開(kāi)始滿足能聽(tīng)的需求,到現(xiàn)在降噪成為許多上班族的剛需。我們想要有一款耳機(jī),幫助我們逃離噪聲的干擾,尋求自己的獨(dú)立空間,尋求聆聽(tīng)的音樂(lè)更加純粹,但你真的了解“降噪”么?經(jīng)常聽(tīng)到的主動(dòng)降噪耳機(jī),工作原理又是什么呢?  
 
其實(shí),降噪這個(gè)概念并不是耳機(jī)廠商先提出的。早在1933年,一個(gè)叫PaulLueg的德國(guó)人,就提出了主動(dòng)降噪技術(shù)的理論原理,并申請(qǐng)了專利:通過(guò)使用揚(yáng)聲器和麥克風(fēng),使聲波受到相反聲波的影響,來(lái)消除噪音。
 
我們知道聲音是一種波,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是,當(dāng)兩列相反方向傳遞的波相遇時(shí),在一列波的波峰與另一列波的波谷交匯處,兩者將會(huì)相互抵消。于是,兩個(gè)聲音的疊加在理論上可以形成無(wú)聲。這就好比俄羅斯方塊一樣,一個(gè)凹型噪音,耳機(jī)就發(fā)出一個(gè)對(duì)稱的凸型,兩者疊加起來(lái)便可消除。這個(gè)理念奠定了降噪耳機(jī)的基礎(chǔ)發(fā)展方向,并影響至今。  
 
了解完降噪耳機(jī)的起源后,我們?cè)賮?lái)具體了解一下降噪的原理。降噪耳機(jī)從降噪的實(shí)現(xiàn)方式上分為主動(dòng)降噪和被動(dòng)降噪兩種,而我們說(shuō)的降噪耳機(jī)的降噪功能,多指主動(dòng)降噪。   要說(shuō)清楚主動(dòng)降噪,我們先來(lái)了解什么是被動(dòng)降噪。被動(dòng)降噪耳機(jī)成本較低,是最容易實(shí)現(xiàn)的一種降噪技術(shù),可以想象成在嘈雜的環(huán)境中,用雙手捂住耳朵的行為,這就類(lèi)似被動(dòng)降噪。其原理是使用被動(dòng)器件物理特性來(lái)起到降噪隔音效果,如硅膠耳帽、頭戴皮套等。這個(gè)方法很簡(jiǎn)單粗暴,難點(diǎn)是在于選取吸引好的聲學(xué)材料來(lái)制造耳罩、耳塞,以及減少漏音。所以被動(dòng)降噪一般只能減少15-25分貝的中高頻噪音,而低頻噪音依然會(huì)通過(guò)縫隙進(jìn)入耳朵,產(chǎn)生聲音共振。  


主動(dòng)降噪系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些


而主動(dòng)降噪的過(guò)程大致是這樣的,首先環(huán)境噪聲被降噪麥克風(fēng)采集到,再通過(guò)主動(dòng)降噪芯片處理后,生成一反向180°相位的聲波,通過(guò)耳機(jī)揚(yáng)聲器傳播到人耳道,與噪聲產(chǎn)生相位差180°,抵消掉人耳本應(yīng)聽(tīng)到的環(huán)境噪聲,從而達(dá)到降噪的目的。根據(jù)主動(dòng)降噪耳機(jī)的工作原理及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),可將其細(xì)分為前饋主動(dòng)降、反饋主動(dòng)降噪和混合主動(dòng)降噪三種,而不論哪種都包含了一個(gè)傳聲器以及次級(jí)聲源。  


主動(dòng)降噪系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些


傳聲器負(fù)責(zé)收集噪音,部分復(fù)合式的主動(dòng)降噪耳機(jī)還會(huì)有兩個(gè)傳聲器,一個(gè)用于收集外部噪音,被稱為參考傳聲器,另外一個(gè)用于收集內(nèi)部噪音,被稱為誤差傳聲器。次級(jí)聲源主要是指各種類(lèi)型的揚(yáng)聲器,它主要是將電能轉(zhuǎn)化為聲音并且能夠?qū)⒙暷茌椛鋵缛ァ?nbsp;


對(duì)于前饋式,其噪聲采集傳聲器比次級(jí)聲源揚(yáng)聲器更靠近于噪聲源。這種控制結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理過(guò)程為:外置傳聲器拾取參考噪聲信號(hào),然后送入DSP內(nèi)部進(jìn)行自適應(yīng)處理,自適應(yīng)處理生成的反相噪聲經(jīng)次級(jí)聲源發(fā)出;而對(duì)于反饋式,其噪聲采集傳聲器比次級(jí)聲源揚(yáng)聲器更靠近于人耳。這種控制結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理過(guò)程為:內(nèi)置傳聲器拾取進(jìn)入耳機(jī)內(nèi)部的原始噪聲和次級(jí)聲源發(fā)出的反相噪聲的混合噪聲信號(hào),然后送入DSP內(nèi)部進(jìn)行自適應(yīng)處理,自適應(yīng)處理生成的反相噪聲再經(jīng)次級(jí)聲源發(fā)出;而混合式則是前饋和反饋的一個(gè)疊加,該類(lèi)控制系統(tǒng)結(jié)合了前饋和反饋的優(yōu)點(diǎn),其系統(tǒng)不可避免的會(huì)變得很復(fù)雜。  


主動(dòng)降噪系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些



主動(dòng)降噪系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些


前饋式(左)和反饋式(右)ANC耳機(jī)結(jié)構(gòu)圖   雖然主動(dòng)式降噪的原理看似簡(jiǎn)單,但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)面臨一系列的問(wèn)題,比如風(fēng)噪的處理、降噪耳機(jī)的負(fù)壓效應(yīng)、播放音樂(lè)時(shí)漏音被降噪MIC拾取、降噪算法的優(yōu)化等問(wèn)題,所以想要做好其實(shí)是很難的,這也是市面上頂級(jí)主動(dòng)式降噪耳機(jī)賣(mài)那么貴的原因。


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