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1、降噪聲耳機(jī)原理?降噪耳機(jī)分為主動式降噪和被動式降噪兩種。被動式降噪耳機(jī)利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開,主要通過隔聲材料阻擋噪聲,對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,但卻沒有辦法來中和噪聲達(dá)到安靜的聆聽效果。被動降噪的優(yōu)勢是降噪空間大,對于高頻信號的隔絕效果好,比如公路旁邊的隔音板。但是,對于小空間的低頻噪聲來說,像
2、空調(diào)工作噪聲、飛機(jī)發(fā)動機(jī)噪聲等噪音則效果大打折扣。???主動降噪概念是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主動降噪耳機(jī)推出,但主要用于商業(yè)以及軍用戰(zhàn)場上,真正量產(chǎn)到民用還是在2000年。之所以要采用主動降噪耳機(jī),一方面是因?yàn)槟承┰胍羰菬o法通過物理方式隔絕的,另一方面,很多情況下,噪音來自于多方面,我們無法通過傳統(tǒng)方法來進(jìn)行降噪。?其實(shí)主動降噪的理論十分簡單,“聲波”是我們中學(xué)物理課程中都會學(xué)到的理論。聲音的傳播是通過介質(zhì)的振動來實(shí)現(xiàn),波與波之間如果呈反相則會在理論條件下實(shí)
3、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道理。?主動降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點(diǎn),然后通過內(nèi)置的處理芯片運(yùn)算出反相的波,再通過高還原度揚(yáng)聲器相抵消。所以主動降噪系統(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,可對部分低頻信號進(jìn)行消減,因此降噪效果比被動式耳機(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
4、全抵消掉,如圖所示。?抗噪信號僅僅是通過對原始噪聲信號的反相處理得到的,目的就是當(dāng)它們相遇時可以互相抵消。這種方法基于疊加原理,當(dāng)波形相同、相位相差180。的兩個信號相互疊加時,就會產(chǎn)生干涉相消現(xiàn)象。如果噪聲抑制信號和原信號不完全相同或者相位不是精確的相差180°,則只會減弱噪聲,并不能達(dá)到完全抵消的效果。外置傳感器的開環(huán)路主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)4、閉環(huán)路系統(tǒng)、自適應(yīng)降噪系統(tǒng)?主動降噪系統(tǒng)通過一只傳聲器采集噪聲并產(chǎn)生抗噪信號。在一個開環(huán)路系統(tǒng)中,如圖所示,傳聲器放置于耳罩的外部,其拾取的聲音信號經(jīng)反相放大器輸出得到抗噪信號,而后與所需的音頻信號混合,
5、最終在耳機(jī)換能器中重放嘲??乖胄盘柲軌蛩p外界噪聲,使原始聲音更便于理解。通常,開環(huán)主動降噪系統(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)對于那些想要獨(dú)自調(diào)整抗噪信號大小以滿足最佳聽音效果的人們來說并不適用。????開環(huán)路系統(tǒng)的最大優(yōu)勢就是簡單,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,抗噪信號可以在耳機(jī)內(nèi)生成。?如果傳
6、聲器放置于耳罩內(nèi)換能器的前方,系統(tǒng)可能生成一個更加精確的抗噪信號,如圖所示。此時,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,這個信號作為糾錯信號反饋給所需的聲音信號,因此被稱為“閉環(huán)路系統(tǒng)”。閉路系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)是通過反饋方式來達(dá)到降噪的目的。內(nèi)置傳感器的閉環(huán)路主動降噪耳機(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,可以通過在系統(tǒng)中引入校正信號來減輕或消除這種失真。圖3所示的是一個閉環(huán)路主動降噪耳機(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,這個系統(tǒng)將所需信號從混合信號中分離
7、出來并對剩下的噪聲信號進(jìn)行反相。然后,對反相的噪聲信號進(jìn)行補(bǔ)償,以便抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的噪聲。輸出級將抗噪信號和所需信號重新合成,最終在耳機(jī)換能器中實(shí)現(xiàn)重放。由于這是一個反饋的過程,所以在某些情況下,閉環(huán)系統(tǒng)可能會不穩(wěn)定。自適應(yīng)主動降噪耳機(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產(chǎn)生抗噪信號,而數(shù)字濾波器的功能更為強(qiáng)大,設(shè)置也更為簡單。用數(shù)字濾波器來消除噪聲的方法叫做自適應(yīng)濾波法,它可以同時實(shí)現(xiàn)糾正相位錯誤和幅度錯誤。自適應(yīng)主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)上圖是使用自適應(yīng)主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)的原理圖。在頭戴耳機(jī)的頂部放置一只傳聲器拾取噪聲信號作為參考信號,
8、自適應(yīng)濾波器利用當(dāng)前信號經(jīng)過耳機(jī)系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)來預(yù)測耳罩內(nèi)的噪聲,然后將預(yù)測噪聲反相后與所需音頻信號進(jìn)行疊加,最終傳送給耳機(jī)換能器。置于耳罩內(nèi)的傳