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導(dǎo)讀： 在筆者最新的文章中，闡述了現(xiàn)有的各種主動(dòng)降噪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)原始設(shè)計(jì)商和合約制造商在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的困難進(jìn)行了分析。開(kāi)發(fā)過(guò)程的另一個(gè)難題是主動(dòng)降噪回路本身。本文將敘述以AS3415主動(dòng)降噪芯片為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一款主動(dòng)降噪前饋耳機(jī)的必要步驟。

　　計(jì)算主動(dòng)降噪濾波器的理想值

　　一旦完成這三項(xiàng)測(cè)量，我們就能夠用測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算ANC濾波器的理想值。所需的濾波器振幅計(jì)算如下：

　　所需濾波器的相位計(jì)算如下：

　　計(jì)算結(jié)果能夠很容易通過(guò)Excel表格得出，一個(gè)濾波器范例如圖6顯示。范例的頻率響應(yīng)及相位響應(yīng)表明，僅使用一個(gè)全頻寬的反相放大器是難以做出理想降噪信號(hào)的。

　　開(kāi)發(fā)濾波器

　　一個(gè)好的ANC耳機(jī)的關(guān)鍵在于濾波器的設(shè)計(jì)。如果濾波器的設(shè)計(jì)不合理，即使再好的ANC芯片也沒(méi)用。濾波器設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡量匹配增益和相位響應(yīng)。在特定頻率匹配得越好，ANC性能也就越好。因?yàn)槭悄�擬信號(hào)處理，濾波器的仿真通常是通過(guò)spice仿真工具完成的。圖4是一個(gè)spice仿真線路，該線路體現(xiàn)了ANC麥克風(fēng)濾波器的信號(hào)路徑。

　　圖4：Spice濾波器仿真范例

　　ANC濾波器設(shè)計(jì)工程師的目的是將圖4濾波器仿真線路中的增益和相位響應(yīng)與計(jì)算出的理想曲線匹配起來(lái)�，F(xiàn)在人們使用的典型濾波器有一階低通濾波器、陷波濾波器、高架及低架濾波器。設(shè)計(jì)師必須了解不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及截止頻率、通帶、阻帶的計(jì)算方法。這當(dāng)然不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，尤其是當(dāng)他們不習(xí)慣使用spice仿真工具和模擬濾波器開(kāi)發(fā)工具時(shí)。

　　圖5：AS3415前饋濾波仿真工具

　　為了解決這一問(wèn)題，AS3415評(píng)估軟件整合了前饋濾波器仿真工具，如圖5所示。設(shè)計(jì)工程師能夠使用這一工具來(lái)設(shè)計(jì)理想的ANC濾波器。這一工具提供了一套預(yù)定義的濾波器架構(gòu)，取代了修改零件值及濾波器結(jié)構(gòu)的做法�；�于為許多不同客戶模擬的濾波器結(jié)構(gòu)，這些預(yù)定義的濾波器結(jié)構(gòu)能夠涵蓋90%的ANC聲學(xué)需求。圖6顯示了該工具的模擬結(jié)果。綠色曲線代表理想的ANC增益和相位響應(yīng)，藍(lán)色曲線顯示了利用圖5的工具制作的ANC濾波器的模擬結(jié)果。設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，有一點(diǎn)很重要，那就是我們要注重哪些頻段。ANC耳機(jī)的運(yùn)作有特定的頻率范圍，這并非由于AS3415本身的局限性，而是跟聲音的傳播速度及耳機(jī)的聲學(xué)特性相關(guān)。如果我們只關(guān)注理想濾波曲線中的增益響應(yīng)，設(shè)計(jì)符合該曲線的濾波器則很容易。但問(wèn)題是在ANC濾波器的設(shè)計(jì)中也得同時(shí)匹配相位。由于更高頻率下的相位幾乎旋轉(zhuǎn)了180度，設(shè)計(jì)出的濾波器很有可能與頻率響應(yīng)匹配，而不與相位匹配。取決于不同的耳機(jī)及其相位響應(yīng)，我們通常可以做到1.5kHz頻率以下的濾波器匹配。更高頻的部分需要盡可能的衰減。如果不衰減這些未匹配的高頻部分，可能會(huì)引入噪音。我們?cè)诘皖l部分減弱噪音，但如果高頻的相位失配，就會(huì)導(dǎo)致噪音被放大。為了避免這一現(xiàn)象，我們會(huì)盡量在無(wú)法匹配的區(qū)域降低增益。圖6中的綠色透明區(qū)域代表我們通常能達(dá)到的增益和相位的最小失配。紅色區(qū)域是我們要盡量衰減的部分。高頻衰減和相位響應(yīng)之間必須達(dá)到一個(gè)良好的平衡。如果在高頻下衰減得太多，會(huì)影響到低頻的相位響應(yīng)，從而可能失去ANC的效果。

　　圖6：模擬結(jié)果

　　濾波器檢驗(yàn)及ANC測(cè)試

　　得到令人滿意的濾波曲線以后，AS3415濾波器仿真工具同時(shí)提供材料清單輸出功能。由于該工具和AS3415的評(píng)估板相匹配，材料清單中列出的項(xiàng)目能夠被焊接在評(píng)估板上，以測(cè)試帶有該濾波器的ANC的性能。測(cè)試包含兩項(xiàng)內(nèi)容：一是耳機(jī)戴在人工頭上時(shí)的被動(dòng)衰減測(cè)試，二是打開(kāi)AS3415芯片并配置好前饋降噪功能時(shí)的頻響測(cè)試。ANC性能計(jì)算如下：

　　這些計(jì)算可以通過(guò)一個(gè)Excel表格來(lái)完成，并生成一份音頻范圍內(nèi)的ANC降噪性能曲線圖。這張ANC降噪性能曲線圖在降噪耳機(jī)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程中是十分重要及常見(jiàn)的。AS3415的開(kāi)發(fā)工具以及ANC降噪耳機(jī)開(kāi)發(fā)相關(guān)的應(yīng)用注解和樣板現(xiàn)已上線。