有源降噪耳机技术及现状..doc

有源降噪耳机技术及现状 主动降噪耳机技术原理 ? ? ?随着电子产品消费市场的不断发展，日常生活中越来越多的人们使用耳机聆听高质量的音乐。然而，城市的噪声污染越来越严重，在室外使用普通耳机耳塞，只能 提高音量来盖过噪声，这样一来不但不能享受美妙的音乐，对自己的听力也有很大的影响，你也许很快就会感到听觉疲劳。此时，如果想静静地享受音乐世界，那么 降噪耳机可能成为最佳选择。在降噪耳机领域，被动式噪音控制(Passive Noise Control, PNC)及主动式噪音控制(Active Noise Control, ANC)是目前最主要的两种噪音消除方式。且一般的噪音消除方式也是采用被动式降噪，例如市售的耳塞、耳罩…等。其原理是利用外部硬质材料与内部的填充材 料，以隔离与吸收噪音的原理，阻当外界的噪音进入耳朵，尤其对高频噪音的降噪效果更是明显，这也是现在噪音抑制最常使用的方法。然而，這种降噪方式虽然实 现容易，但对800Hz或更低频率的低频噪音而言，若要应用这种被动式减噪，需要负担大量的设备成本以及材料重量，此时被动式降噪方式则失去了实际上的效 益，并且被动式降噪的方式，在抑制噪音的同时，也会阻隔使用者谈话的声音，这也是被动式的主要缺点之一。 而ANC原理是使用一套降噪控制处理电路，进行适应性运算，来输出与欲消除的噪音相位相反，頻率与能量相同的声波，以达到消音的目的；与PNC不同的 是，ANC是以波形的重叠原理为基础。即由噪音与抑制声波相结合，来造成破坏性的干涉而产生声波能量相消的效果，若抑制波的波形与欲消音的声波振幅、频率 相同，且反相时，则会得到消音效果，如图1所示。 （原始噪音信号）????????? （消音信号）??????????? （消音后信号） 图1 主动消噪原理示意图 ? ? ?耳机主动降噪的基本概念并不复杂，但如何实现高品质的降噪效果却并不简单，特别是滤波电路的设计及生产过程控制更加关键。当前的耳机主动降噪技术主要有 前馈式和反馈式两种方式。在前馈式系统（如图2）中，采样麦克风位于耳机外部或耳机罩开口处，以直接采集耳机外部的噪音信号，经过ANC处理电路后，从喇 叭中播放出适当幅度的反相噪声，用以抵消进入到耳罩内的噪音，其最主要的特点是噪音的消除回路是开环的；而在反馈式系统（如图3）中，麦克风位于耳机内部 喇叭的前面或附近，麦克风采集耳罩内部的噪音信号，再经过ANC电路组成的闭环负反馈回路，推动喇叭产生反向噪声信号以抵消耳罩内部的噪声，由于反馈式主 动降噪系统的噪音检测麦克风在耳罩的内部，通过闭环回路反馈自动调节，因此这种方式更加精确反馈耳朵附近的噪声，降噪的效果也相对要比前馈式的更好，但结 构、电路及调试工作相对要复杂些。因此对体积要求高的小耳塞一般都采用前馈式系统，对体积要求不是太高的耳罩式耳机则大多都是采用反馈式系统。图2? 耳机前馈式主动降噪系统 ? 图3? 耳机反馈式主动降噪系统 ? ? ?从主动降噪（ANC）电路的处理方式也有模拟和数字两种处理方式，目前国内外各厂家绝大部分都是采用模拟电路的方式来实现降噪处理，仅有很少一部分是采 用数字处理技术，如SONY的MDR-NC500D就是采用DSP实现ANC功能的耳机之一。采用模拟和数字方式进行降噪处理有各自特点，如下表1： 采用模拟电路实现降噪 采用数字DSP实现降噪 电路简单，成本较低 电路复杂，成本较高 功耗低，电池续航时间长 功耗高，电池续航时间短 响应速度快，实时性好 需要高速DSP才能实现快速响应，实时性较差 功能固定、单一，不可变 功能灵活多样，可以根据环境自动调整 无法实现智能处理及降噪 可以通过软件实现智能处理及降噪 表1? 模拟与数字ANC对比 ? ? ?从上表可以看出，采用模拟电路实现降噪功能的方式是有较大的优势的，因此也是绝大部分厂家与产品普遍采用的方式。另外有源消噪耳机与传统的耳机相比，具有独有的技术优势，由于采用有源方式，在耳机的音质上可以采取灵活的电路补偿的方式对耳机自身的缺陷进行补偿，在耳 机设计中，由于耳机音腔体积小，喇叭单元等固有因素的制约，在音质方面多少会有些先天的不足，比如在整个耳机的音响特性中由于某种原因引起低频部分不够， 要采取无源的方式改善这些特性是相对来说是比较困难的，但是在有源技术的帮助下就很容易实现补偿，我们只有通过特殊设计，通过电子电路的补偿，就很容易修 正系统的音响特性曲线。在这个技术下，我们也很容易制作出一些满足特殊应用人群的不同口味的耳机产品。? ? 有源消噪耳机还可以通过对电路的改进，设计出一些特殊功能的应用，这些应用都是通过电子电路在有源工作方式下实现的，比如我们可以设计出带有通话语音清晰 功能的耳机，这样就可以不用摘除耳机也能非常清晰的聆听别人的声音了，也提供