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《有源降噪耳機技術(shù)及現(xiàn)狀-科研項目》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、您當(dāng)前的位置:首頁>技術(shù)研究>科研項目有源降噪耳機技術(shù)及現(xiàn)狀1.主動降噪耳機技術(shù)原理隨著電子產(chǎn)品消費市場的不斷發(fā)展,日常生活中越來越多的人們使用耳機聆聽高質(zhì)量的音樂。然而,城市的噪聲污染越來越嚴(yán)重,在室外使用普通耳機耳塞,只能提高音量來蓋過噪聲,這樣一來不但不能享受美妙的音樂,對自己的聽力也有很大的影響,你也許很快就會感到聽覺疲勞。此時,如果想靜靜地享受音樂世界,那么降噪耳機可能成為最佳選擇。在降噪耳機領(lǐng)域,被動式噪音控制(PassiveNoiseControl,PNC)及主動式噪音控制(ActiveNoiseControl,A
2、NC)是目前最主要的兩種噪音消除方式。且一般的噪音消除方式也是采用被動式降噪,例如市售的耳塞、耳罩?等。其原理是利用外部硬質(zhì)材料與內(nèi)部的填充材料,以隔離與吸收噪音的原理,阻當(dāng)外界的噪音進入耳朵,尤其對高頻噪音的降噪效果更是明顯,這也是現(xiàn)在噪音抑制最常使用的方法。然而,這種降噪方式雖然實現(xiàn)容易,但對800Hz或更低頻率的低頻噪音而言,若要應(yīng)用這種被動式減噪,需要負(fù)擔(dān)大量的設(shè)備成本以及材料重量,此時被動式降噪方式則失去了實際上的效益,并且被動式降噪的方式,在抑制噪音的同時,也會阻隔使用者談話的聲音,這也是被動式的主要缺點之一。而AN
3、C原理是使用一套降噪控制處理電路,進行適應(yīng)性運算,來輸出與欲消除的噪音相位相反,頻率與能量相同的聲波,以達(dá)到消音的目的;與PNC不同的是,ANC是以波形的重疊原理為基礎(chǔ)。即由噪音與抑制聲波相結(jié)合,來造成破壞性的干涉而產(chǎn)生聲波能量相消的效果,若抑制波的波形與欲消音的聲波振幅、頻率相同,且反相時,則會得到消音效果,如圖1所示。(原始噪音信號)(消音信號)(消音后信號)圖1主動消噪原理示意圖耳機主動降噪的基本概念并不復(fù)雜,但如何實現(xiàn)高品質(zhì)的降噪效果卻并不簡單,特別是濾波電路的設(shè)計及生產(chǎn)過程控制更加關(guān)鍵。當(dāng)前的耳機主動降噪技術(shù)主要有前饋
4、式和反饋式兩種方式。在前饋式系統(tǒng)(如圖2)中,采樣麥克風(fēng)位于耳機外部或耳機罩開口處,以直接采集耳機外部的噪音信號,經(jīng)過ANC處理電路后,從喇叭中播放出適當(dāng)幅度的反相噪聲,用以抵消進入到耳罩內(nèi)的噪音,其最主要的特點是噪音的消除回路是開環(huán)的;而在反饋式系統(tǒng)(如圖3)中,麥克風(fēng)位于耳機內(nèi)部喇叭的前面或附近,麥克風(fēng)采集耳罩內(nèi)部的噪音信號,再經(jīng)過ANC電路組成的閉環(huán)負(fù)反饋回路,推動喇叭產(chǎn)生反向噪聲信號以抵消耳罩內(nèi)部的噪聲,由于反饋式主動降噪系統(tǒng)的噪音檢測麥克風(fēng)在耳罩的內(nèi)部,通過閉環(huán)回路反饋自動調(diào)節(jié),因此這種方式更加精確反饋耳朵附近的噪聲,
5、降噪的效果也相對要比前饋式的更好,但結(jié)構(gòu)、電路及調(diào)試工作相對要復(fù)雜些。因此對體積要求高的小耳塞一般都采用前饋式系統(tǒng),對體積要求不是太高的耳罩式耳機則大多都是采用反饋式系統(tǒng)。圖2耳機前饋式主動降噪系統(tǒng)htt///ih?lId11&id283[2016/3/782635]圖3耳機反饋式主動降噪系統(tǒng)從主動降噪(ANC)電路的處理方式也有模擬和數(shù)字兩種處理方式,目前國內(nèi)外各廠家絕大部分都是采用模擬電路的方式來實現(xiàn)降噪處理,僅有很少一部分是采用數(shù)字處理技術(shù),如SONY的MDR-NC500D就是采用DSP實現(xiàn)ANC功能的耳機之一。采用模擬和
6、數(shù)字方式進行降噪處理有各自特點,如下表1:采用模擬電路實現(xiàn)降噪采用數(shù)字DSP實現(xiàn)降噪電路簡單,成本較低電路復(fù)雜,成本較高功耗低,電池續(xù)航時間長功耗高,電池續(xù)航時間短響應(yīng)速度快,實時性好需要高速DSP才能實現(xiàn)快速響應(yīng),實時性較差功能固定、單一,不可變功能靈活多樣,可以根據(jù)環(huán)境自動調(diào)整無法實現(xiàn)智能處理及降噪可以通過軟件實現(xiàn)智能處理及降噪表1模擬與數(shù)字ANC對比從上表可以看出,采用模擬電路實現(xiàn)降噪功能的方式是有較大的優(yōu)勢的,因此也是絕大部分廠家與產(chǎn)品普遍采用的方式。另外有源消噪耳機與傳統(tǒng)的耳機相比,具有獨有的技術(shù)優(yōu)勢,由于采用有源方式
7、,在耳機的音質(zhì)上可以采取靈活的電路補償?shù)姆绞綄Χ鷻C自身的缺陷進行補償,在耳機設(shè)計中,由于耳機音腔體積小,喇叭單元等固有因素的制約,在音質(zhì)方面多少會有些先天的不足,比如在整個耳機的音響特性中由于某種原因引起低頻部分不夠,要采取無源的方式改善這些特性是相對來說是比較困難的,但是在有源技術(shù)的幫助下就很容易實現(xiàn)補償,我們只有通過特殊設(shè)計,通過電子電路的補償,就很容易修正系統(tǒng)的音響特性曲線。在這個技術(shù)下,我們也很容易制作出一些滿足特殊應(yīng)用人群的不同口味的耳機產(chǎn)品。有源消噪耳機還可以通過對電路的改進,設(shè)計出一些特殊功能的應(yīng)用,這些應(yīng)用都是通
8、過電子電路在有源工作方式下實現(xiàn)的,比如我們可以設(shè)計出帶有通話語音清晰功能的耳機,這樣就可以不用摘除耳機也能非常清晰的聆聽別人的聲音了,也提供了使用的便利性。有源耳機還可通過各種技術(shù)可以實現(xiàn)非常高質(zhì)量的聲音還原,可以達(dá)到專業(yè)監(jiān)聽級的要求,滿足各種需求。1.有源消噪