1降噪耳機技術(shù)面面談

    噪聲，也稱(chēng)噪音，是讓聽(tīng)到它的人和自然界帶來(lái)煩惱的、不受歡迎的聲音。影響人們工作學(xué)習休息的聲音都稱(chēng)為噪聲。對噪聲的感受因各人的感覺(jué)、習慣等而不同，因此噪聲有時(shí)是一個(gè)主觀(guān)的感受。一般來(lái)說(shuō)人們將影響人的交談或思考的環(huán)境聲音稱(chēng)為噪聲。 

    雖然我們使用的耳機產(chǎn)品越來(lái)越高檔，享受音樂(lè )的品質(zhì)也越來(lái)越高，但不過(guò)不得不承認的是城市的噪聲污染越來(lái)越嚴重，在室外使用普通耳機耳塞，只能提高音量來(lái)蓋過(guò)噪聲，這樣一來(lái)不但不能享受美妙的音樂(lè )，對自己的聽(tīng)力也有很大的影響，你也許很快就會(huì )感到聽(tīng)覺(jué)疲勞。很多便攜式耳機越來(lái)越考慮到隔音的問(wèn)題，但終歸是治標不治本的辦法，在外界聆聽(tīng)音樂(lè )總歸是要同很多噪聲一起“享受”的。

    不過(guò)此時(shí)，如果想靜靜地享受音樂(lè )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(lái)也并不算是相當主流的產(chǎn)品，但這個(gè)最先只是為了商務(wù)人士在飛機上使用設計的耳機越來(lái)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(hù)們一樣享受安靜地聆聽(tīng)。

主動(dòng)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同。大多數人對于降噪耳機產(chǎn)品了解較少，對于降噪耳機的功能和應用也沒(méi)有一個(gè)完善的了解，那么我們從現在開(kāi)始，就為大家來(lái)介紹一些關(guān)于降噪耳機的知識。

    降噪耳機分為主動(dòng)式降噪和被動(dòng)式降噪兩種。被動(dòng)式降噪耳機利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開(kāi)，主要通過(guò)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(jiǎn)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(dòng)是降噪原理

    我們可以看見(jiàn)的大多數便攜式隔音耳機產(chǎn)品都是這種被動(dòng)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(méi)有辦法來(lái)中和噪聲達到安靜的聆聽(tīng)效果。被動(dòng)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(lái)說(shuō)，像空調工作噪聲、飛機發(fā)動(dòng)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(dòng)降噪原理

    主動(dòng)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(dòng)降噪耳機推出，但主要用于商業(yè)以及軍用戰場(chǎng)上，真正量產(chǎn)到民用還是在2000年。之所以要采用主動(dòng)降噪耳機，一方面是因為某些噪音是無(wú)法通過(guò)物理方式隔絕的，另一方面，很多情況下，噪音來(lái)自于多方面，我們無(wú)法通過(guò)傳統方法來(lái)進(jìn)行降噪。

BOSE公司創(chuàng )始人Amar G. Bose博士

    其實(shí)主動(dòng)降噪的理論十分簡(jiǎn)單，“聲波”是我們中學(xué)物理課程中都會(huì )學(xué)到的理論。聲音的傳播是通過(guò)介質(zhì)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現，波與波之間如果呈反相則會(huì )在理論條件下實(shí)現抵消。這就好比平靜的湖中兩組不同方向的波浪相互抵消一個(gè)道理。

主動(dòng)降噪示意圖

    主動(dòng)降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點(diǎn)，然后通過(guò)內置的處理芯片運算出反相的波，再通過(guò)高還原度揚聲器相抵消。所以主動(dòng)降噪系統必備的設備有拾音器、處理芯片、揚聲器，每一個(gè)部分都要保證高質(zhì)量才能達到最終的效果，故成本上就要比傳統非降噪設備高。

    主動(dòng)降噪耳機除使用隔聲材料，耳機內部還設有音頻處理電路，可對部分低頻信號進(jìn)行消減，因此降噪效果比被動(dòng)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(dòng)降噪原理圖

    抗噪信號僅僅是通過(guò)對原始噪聲信號的反相處理得到的，目的就是當它們相遇時(shí)可以互相抵消。這種方法基于疊加原理，當波形相同、相位相差180。的兩個(gè)信號相互疊加時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生干涉相消現象。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(huì )減弱噪聲，并不能達到完全抵消的效果。

外置傳感器的開(kāi)環(huán)路主動(dòng)降噪耳機系統

    主動(dòng)降噪系統通過(guò)一只傳聲器采集噪聲并產(chǎn)生抗噪信號。在一個(gè)開(kāi)環(huán)路系統中，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�減外界噪聲，使原始聲音更便于理解。通常，開(kāi)環(huán)主動(dòng)降噪系統可以實(shí)現噪聲衰減10-15dB，這在為專(zhuān)業(yè)人士及普通消費者設計的不同種類(lèi)的降噪耳機中可以普遍發(fā)現�？墒�，這種設計對于那些想要獨自調整抗噪信號大小以滿(mǎn)足最佳聽(tīng)音效果的人們來(lái)說(shuō)并不適用。

    開(kāi)環(huán)路系統的最大優(yōu)勢就是簡(jiǎn)單，但與其他類(lèi)型的降噪耳機比，可能并不是最令人滿(mǎn)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聽(tīng)到的噪聲并不完全一樣。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)耳罩再加上其內部的反射作用，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生成。

    如果傳聲器放置于耳罩內換能器的前方，系統可能生成一個(gè)更加精確的抗噪信號，如圖所示。此時(shí)，傳聲器拾取到的聲音既包括耳機換能器發(fā)出的聲音，又包括耳罩內產(chǎn)生的噪聲，這個(gè)信號作為糾錯信號反饋給所需的聲音信號，因此被稱(chēng)為“閉環(huán)路系統”。閉路系統的運行特點(diǎn)是通過(guò)反饋方式來(lái)達到降噪的目的。

內置傳感器的閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機系統

    控制論中，噪聲(比如放大器的失真)被看作是一種非線(xiàn)性的變化，可以通過(guò)在系統中引入校正信號來(lái)減輕或消除這種失真。圖3所示的是一個(gè)閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機系統。傳聲器置于耳罩內部，拾取到的是所需的聲音和噪聲的混合聲。首先，這個(gè)系統將所需信號從混合信號中分離出來(lái)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)行補償，以便抵消閉環(huán)系統中的噪聲。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(shí)現重放。由于這是一個(gè)反饋的過(guò)程，所以在某些情況下，閉環(huán)系統可能會(huì )不穩定。

● 自適應主動(dòng)降噪耳機系統

    上面提到的開(kāi)環(huán)系統和閉環(huán)系統都是采用模擬濾波器來(lái)產(chǎn)生抗噪信號，而數字濾波器的功能更為強大，設置也更為簡(jiǎn)單。用數字濾波器來(lái)消除噪聲的方法叫做自適應濾波法，它可以同時(shí)實(shí)現糾正相位錯誤和幅度錯誤。

自適應主動(dòng)降噪耳機系統

    上圖是使用自適應主動(dòng)降噪耳機系統的原理圖。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，自適應濾波器利用當前信號經(jīng)過(guò)耳機系統模型的轉移函數來(lái)預測耳罩內的噪聲，然后將預測噪聲反相后與所需音頻信號進(jìn)行疊加，最終傳送給耳機換能器。置于耳罩內的傳聲器拾取實(shí)際的聲音并產(chǎn)生一個(gè)誤差信號，使濾波器收斂于零以得到更加準確的抗噪信號。

    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(guò)程中降噪及在人耳處降噪，這些技術(shù)都是消極被動(dòng)的。為了積極主動(dòng)地消除噪聲，人們發(fā)明了主動(dòng)噪聲控制ANC這一技術(shù)。

索尼的NDR-NC500D降噪過(guò)程數字化、人工智能自動(dòng)選擇降噪模式

    主動(dòng)降噪通過(guò)測量、反向控制、聲場(chǎng)疊加三個(gè)主要過(guò)程實(shí)現聲場(chǎng)抵消嘲。在眾多主動(dòng)降噪耳機中，這個(gè)原理基本是通用的且多年沒(méi)有變化，主動(dòng)降噪耳機的發(fā)展似乎遇到了自己的瓶頸。瓶頸在主動(dòng)降噪技術(shù)上，而各廠(chǎng)家又都想把自己的產(chǎn)品變成市場(chǎng)中的王者，于是將關(guān)注點(diǎn)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(guò)長(cháng)期的探索，人們清醒地認識到，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(chǎng)域實(shí)施主動(dòng)控制才是解決噪聲控制積極主動(dòng)的發(fā)展方向。在各種產(chǎn)品向數字化發(fā)展的今天，數字化主動(dòng)降噪技術(shù)已成為今后降噪耳機的發(fā)展趨勢。同時(shí)，將ANC與智能控制技術(shù)、智能材料和光纖技術(shù)有機結合起來(lái)，既提高了主動(dòng)降噪系統的性能，又保證系統控制的性能。

● 降噪耳機會(huì )影響音質(zhì)嗎？

    會(huì )。由于被動(dòng)降噪耳機涉及了運算過(guò)程，音質(zhì)受到影響，這是肯定的。被動(dòng)降噪一般意義上不作為真正的降噪耳機來(lái)討論，因為它可以是音質(zhì)很好的監聽(tīng)返送設備，以音質(zhì)為賣(mài)點(diǎn)的那種。但目前降噪影響音質(zhì)的問(wèn)題已經(jīng)有一些廠(chǎng)商在改進(jìn)，目前有產(chǎn)品可以實(shí)現開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)，不過(guò)這樣的產(chǎn)品還不算多見(jiàn)。

● 降噪耳機價(jià)格貴嗎？

    不便宜。最便宜的降噪耳機起跳都要幾百塊，當然，這是不會(huì )有很好的降噪效果和音質(zhì)表現的。如果你想要一款鋰電池供電、降噪效果好、音質(zhì)表現佳的產(chǎn)品，那么三千到四千元的鈔票是肯定要花的。今年，很多廠(chǎng)商搭理推廣降噪耳機，將產(chǎn)品價(jià)格下拉以進(jìn)入消費級用戶(hù)市場(chǎng)，這是一個(gè)不錯的趨勢。

● 降噪耳機有啥缺點(diǎn)？

    缺點(diǎn)談不上，最多是個(gè)使用不方便，比如它需要電池供電、體積過(guò)大不便攜、價(jià)格偏貴、馬路上使用容易出危險等等。如果算的話(huà)，大品牌的降噪耳機目前來(lái)說(shuō)也都不算太過(guò)便宜，這可能是個(gè)缺點(diǎn)吧。

● 降噪耳機市場(chǎng)現狀如何？

    不是很好。一方面是廠(chǎng)商在不斷的向市場(chǎng)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(chǎng)目前整體銷(xiāo)量來(lái)看，絕對可以算得上是個(gè)小眾市場(chǎng)。

    原因很多，但最重要的還是價(jià)格。愿意花數千元買(mǎi)一只HiFi耳機來(lái)聽(tīng)聽(tīng)，但絕對沒(méi)有數千元買(mǎi)降噪耳機的需求。不過(guò)降噪耳機既然價(jià)格下調，有這方面需求的人一定會(huì )增多，畢竟我們面臨的日常生活環(huán)境也越來(lái)越復雜，生活中接觸到的噪音也越來(lái)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(wú)疑問(wèn)的。本身降噪耳機就是因飛機而生，那么回歸它本身的應用就是很自然的事情。不過(guò)，在目前噪音越來(lái)越多的城市中，地鐵、公交也不失為降噪耳機應該合理出現的更好場(chǎng)合。

    要讓降噪耳機普及，那得再多催生好大一個(gè)規模的燒包用戶(hù)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(lèi)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(guò)首先大家應該認識到降噪耳機的優(yōu)勢還是相當明顯的。

主動(dòng)降噪耳機確實(shí)很適合飛機這樣噪聲很大的環(huán)境中使用

    被動(dòng)降噪屏蔽的是高頻噪聲，它更適合一些比較規則的降噪場(chǎng)景，通過(guò)堆積隔音材料來(lái)實(shí)現。但是對付環(huán)境復雜，且大量低頻共振噪聲就束手無(wú)策。主動(dòng)降噪通過(guò)麥克風(fēng)拾音，可以有效地處理復雜環(huán)境的噪音，例如車(chē)內、機艙等環(huán)境。所以說(shuō)，某些特定條件下，主動(dòng)降噪的優(yōu)勢極為明顯。主動(dòng)降噪對于低頻噪音信號的消除有明顯的效果，尤其是空調、發(fā)動(dòng)機等噪聲。最多可降低25dB-30dB的環(huán)境噪音。相比于被動(dòng)降噪來(lái)說(shuō)，主動(dòng)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(dòng)降噪在原有的音樂(lè )上加入了降噪處理信號，勢必會(huì )造成音樂(lè )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(huì )出現誤差，導致部分非噪音信號被抵消。這也是為什么許多用戶(hù)發(fā)現主動(dòng)降噪耳機的聲音細節不夠，發(fā)悶的原因。不過(guò)目前已經(jīng)擁有一些品牌在降噪的同時(shí)也更加注意音質(zhì)問(wèn)題，已經(jīng)實(shí)現了開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)，讓我們有理由相信降噪實(shí)現HiFi是可行的。

有些耳機已經(jīng)實(shí)現了開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)

    主動(dòng)降噪技術(shù)發(fā)展了數十年，技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，，正在逐步從高端應用延伸到民用市場(chǎng)，所應用的環(huán)境也是多種多樣。最根本在于，和被動(dòng)降噪的材料學(xué)相比，主動(dòng)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(wèn)題，目前行業(yè)內擁有主動(dòng)降噪核心技術(shù)的幾家公司均不會(huì )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。

國內一些品牌在今年將致力于將降噪耳機帶給消費級用戶(hù)

    但這并無(wú)法降噪的發(fā)展，目前已經(jīng)擁有一些國內品牌在自主研發(fā)主動(dòng)降噪技術(shù)，并且在今年將大力推廣主動(dòng)降噪耳機產(chǎn)品。我們面臨的環(huán)境越來(lái)越復雜，生活中的環(huán)境越來(lái)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(zhù)人們對于生活品質(zhì)要求的逐步提高，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始考慮降噪耳機的選購，旨在保證最為舒適的試聽(tīng)環(huán)境和出色的聽(tīng)力保護效果，相信這篇文章之后可以幫助越來(lái)越多的用戶(hù)選擇到適合自己的降噪耳機產(chǎn)品。