1降噪耳機技術(shù)面面談
噪聲，也稱噪音，是讓聽到它的人和自然界帶來煩惱的、不受歡迎的聲音。影響人們工作學(xué)習(xí)休息的聲音都稱為噪聲。對噪聲的感受因各人的感覺、習(xí)慣等而不同，因此噪聲有時是一個主觀的感受。一般來說人們將影響人的交談或思考的環(huán)境聲音稱為噪聲。
雖然我們使用的耳機產(chǎn)品越來越高檔，享受音樂的品質(zhì)也越來越高，但不過不得不承認(rèn)的是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。很多便攜式耳機越來越考慮到隔音的問題，但終歸是治標(biāo)不治本的辦法，在外界聆聽音樂總歸是要同很多噪聲一起“享受”的。
不過此時，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。降噪耳機就目前看來也并不算是相當(dāng)主流的產(chǎn)品，但這個最先只是為了商務(wù)人士在飛機上使用設(shè)計的耳機越來越受到人們的關(guān)注。今年可謂是降噪耳機蓄力爆發(fā)的一年，我們已經(jīng)看到了很多品牌將致力于普及降噪耳機產(chǎn)品，打造親民化的消費級降噪耳機，讓大眾人群也同這些“高端白領(lǐng)”用戶們一樣享受安靜地聆聽。
主動降噪耳機是啥? 降噪耳機技術(shù)面面談
但降噪耳機要想站在同便攜耳機一樣的高度，首先還需要得到人們的認(rèn)同。大多數(shù)人對于降噪耳機產(chǎn)品了解較少，對于降噪耳機的功能和應(yīng)用也沒有一個完善的了解，那么我們從現(xiàn)在開始，就為大家來介紹一些關(guān)于降噪耳機的知識。
2主動降噪和被動降噪差異
降噪耳機分為主動式降噪和被動式降噪兩種。被動式降噪耳機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，耳機較重佩戴不舒服。
隔音耳塞就是被動是降噪原理
我們可以看見的大多數(shù)便攜式隔音耳機產(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，像空調(diào)工作噪聲、飛機發(fā)動機噪聲等噪音則效果大打折扣。
全罩式封閉便攜耳機也是被動降噪原理
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噪音而提出的。1989年，BOSE主動降噪耳機推出，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，一方面是因為某些噪音是無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)方法來進行降噪。
BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士
其實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)的振動來實現(xiàn)，波與波之間如果呈反相則會在理論條件下實現(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。
主動降噪示意圖
主動降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點，然后通過內(nèi)置的處理芯片運算出反相的波，再通過高還原度揚聲器相抵消。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。
3主動降噪耳機、開環(huán)路降噪系統(tǒng)
主動降噪耳機除使用隔聲材料，耳機內(nèi)部還設(shè)有音頻處理電路，可對部分低頻信號進行消減，因此降噪效果比被動式耳機要好。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。
主動降噪原理圖
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，最終在耳機換能器中重放嘲�？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)可以實現(xiàn)噪聲衰減10-15dB，這在為專業(yè)人士及普通消費者設(shè)計的不同種類的降噪耳機中可以普遍發(fā)現(xiàn)�？墒�，這種設(shè)計對于那些想要獨自調(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比，可能并不是最令人滿意的。由于傳聲器放置于耳罩外，實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內(nèi)生成。
4閉環(huán)路系統(tǒng)、自適應(yīng)降噪系統(tǒng)
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)的運行特點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出來并對剩下的噪聲信號進行反相。然后，對反相的噪聲信號進行補償，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，最終在耳機換能器中實現(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，它可以同時實現(xiàn)糾正相位錯誤和幅度錯誤。
自適應(yīng)主動降噪耳機系統(tǒng)
上圖是使用自適應(yīng)主動降噪耳機系統(tǒng)的原理圖。在頭戴耳機的頂部放置一只傳聲器拾取噪聲信號作為參考信號，自適應(yīng)濾波器利用當(dāng)前信號經(jīng)過耳機系統(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行疊加，最終傳送給耳機換能器。置于耳罩內(nèi)的傳聲器拾取實際的聲音并產(chǎn)生一個誤差信號，使濾波器收斂于零以得到更加準(zhǔn)確的抗噪信號。
5降噪耳機的一些技術(shù)進展
降低噪聲通常所采用的三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過程中降噪及在人耳處降噪，這些技術(shù)都是消極被動的。為了積極主動地消除噪聲，人們發(fā)明了主動噪聲控制ANC這一技術(shù)。
索尼的NDR-NC500D降噪過程數(shù)字化、人工智能自動選擇降噪模式
主動降噪通過測量、反向控制、聲場疊加三個主要過程實現(xiàn)聲場抵消嘲。在眾多主動降噪耳機中，這個原理基本是通用的且多年沒有變化，主動降噪耳機的發(fā)展似乎遇到了自己的瓶頸。瓶頸在主動降噪技術(shù)上，而各廠家又都想把自己的產(chǎn)品變成市場中的王者，于是將關(guān)注點放在了其他方面。
BOSE的產(chǎn)品就采用了ANC降噪技術(shù)
同樣采用ANC降噪技術(shù)的鐵三角耳機
經(jīng)過長期的探索，人們清醒地認(rèn)識到，噪聲控制的根本途徑是對聲源的有效控制，所以從分析聲源的發(fā)聲機理出發(fā)，對聲源或近場域?qū)嵤┲鲃涌刂撇攀墙鉀Q噪聲控制積極主動的發(fā)展方向。在各種產(chǎn)品向數(shù)字化發(fā)展的今天，數(shù)字化主動降噪技術(shù)已成為今后降噪耳機的發(fā)展趨勢。同時，將ANC與智能控制技術(shù)、智能材料和光纖技術(shù)有機結(jié)合起來，既提高了主動降噪系統(tǒng)的性能，又保證系統(tǒng)控制的性能。
6消費者關(guān)系的問題解答
● 降噪耳機會影響音質(zhì)嗎？
會。由于被動降噪耳機涉及了運算過程，音質(zhì)受到影響，這是肯定的。被動降噪一般意義上不作為真正的降噪耳機來討論，因為它可以是音質(zhì)很好的監(jiān)聽返送設(shè)備，以音質(zhì)為賣點的那種。但目前降噪影響音質(zhì)的問題已經(jīng)有一些廠商在改進，目前有產(chǎn)品可以實現(xiàn)開啟降噪同時提升音質(zhì)，不過這樣的產(chǎn)品還不算多見。
● 降噪耳機價格貴嗎？
不便宜。最便宜的降噪耳機起跳都要幾百塊，當(dāng)然，這是不會有很好的降噪效果和音質(zhì)表現(xiàn)的。如果你想要一款鋰電池供電、降噪效果好、音質(zhì)表現(xiàn)佳的產(chǎn)品，那么三千到四千元的鈔票是肯定要花的。今年，很多廠商搭理推廣降噪耳機，將產(chǎn)品價格下拉以進入消費級用戶市場，這是一個不錯的趨勢。
● 降噪耳機有啥缺點？
缺點談不上，最多是個使用不方便，比如它需要電池供電、體積過大不便攜、價格偏貴、馬路上使用容易出危險等等。如果算的話，大品牌的降噪耳機目前來說也都不算太過便宜，這可能是個缺點吧。
● 降噪耳機市場現(xiàn)狀如何？
不是很好。一方面是廠商在不斷的向市場投入新的降噪耳機產(chǎn)品，另一方面則是消費者的“淡定”對待。從降噪耳機市場目前整體銷量來看，絕對可以算得上是個小眾市場。
原因很多，但最重要的還是價格。愿意花數(shù)千元買一只HiFi耳機來聽聽，但絕對沒有數(shù)千元買降噪耳機的需求。不過降噪耳機既然價格下調(diào)，有這方面需求的人一定會增多，畢竟我們面臨的日常生活環(huán)境也越來越復(fù)雜，生活中接觸到的噪音也越來越多
● 什么樣的人需要降噪耳機？
商務(wù)人士、空中飛人，這是毫無疑問的。本身降噪耳機就是因飛機而生，那么回歸它本身的應(yīng)用就是很自然的事情。不過，在目前噪音越來越多的城市中，地鐵、公交也不失為降噪耳機應(yīng)該合理出現(xiàn)的更好場合。
72014降噪耳機將大力發(fā)展
要讓降噪耳機普及，那得再多催生好大一個規(guī)模的燒包用戶群體，好大好大的那種。目前的人們對于降噪耳機的需求仍然并不算太大，首先是因為對于這類產(chǎn)品的了解程度并不高，另外目前的降噪耳機也越是太昂貴了，不過首先大家應(yīng)該認(rèn)識到降噪耳機的優(yōu)勢還是相當(dāng)明顯的。
主動降噪耳機確實很適合飛機這樣噪聲很大的環(huán)境中使用
被動降噪屏蔽的是高頻噪聲，它更適合一些比較規(guī)則的降噪場景，通過堆積隔音材料來實現(xiàn)。但是對付環(huán)境復(fù)雜，且大量低頻共振噪聲就束手無策。主動降噪通過麥克風(fēng)拾音，可以有效地處理復(fù)雜環(huán)境的噪音，例如車內(nèi)、機艙等環(huán)境。所以說，某些特定條件下，主動降噪的優(yōu)勢極為明顯。主動降噪對于低頻噪音信號的消除有明顯的效果，尤其是空調(diào)、發(fā)動機等噪聲。最多可降低25dB-30dB的環(huán)境噪音。相比于被動降噪來說，主動降噪的效果更加智能。
BOSE的降噪耳機產(chǎn)品
另外在音質(zhì)方面，主動降噪在原有的音樂上加入了降噪處理信號，勢必會造成音樂純度的影響形成音染。降噪處理芯片、拾音麥克風(fēng)在工作中會出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致部分非噪音信號被抵消。這也是為什么許多用戶發(fā)現(xiàn)主動降噪耳機的聲音細(xì)節(jié)不夠，發(fā)悶的原因。不過目前已經(jīng)擁有一些品牌在降噪的同時也更加注意音質(zhì)問題，已經(jīng)實現(xiàn)了開啟降噪同時提升音質(zhì)，讓我們有理由相信降噪實現(xiàn)HiFi是可行的。
有些耳機已經(jīng)實現(xiàn)了開啟降噪同時提升音質(zhì)
主動降噪技術(shù)發(fā)展了數(shù)十年，技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，，正在逐步從高端應(yīng)用延伸到民用市場，所應(yīng)用的環(huán)境也是多種多樣。最根本在于，和被動降噪的材料學(xué)相比，主動降噪的處理機制提升空間更大。但技術(shù)封鎖是最令行業(yè)頭疼的問題，目前行業(yè)內(nèi)擁有主動降噪核心技術(shù)的幾家公司均不會透露自己的技術(shù)，技術(shù)封鎖顯然對行業(yè)的發(fā)展不利。
國內(nèi)一些品牌在今年將致力于將降噪耳機帶給消費級用戶
但這并無法降噪的發(fā)展，目前已經(jīng)擁有一些國內(nèi)品牌在自主研發(fā)主動降噪技術(shù)，并且在今年將大力推廣主動降噪耳機產(chǎn)品。我們面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜，生活中的環(huán)境越來越大了，將降噪耳機親民化，帶給大眾消費級人群使用是唯一的目的。
隨著人們對于生活品質(zhì)要求的逐步提高，越來越多的用戶開始考慮降噪耳機的選購，旨在保證最為舒適的試聽環(huán)境和出色的聽力保護效果，相信這篇文章之后可以幫助越來越多的用戶選擇到適合自己的降噪耳機產(chǎn)品。
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