主動(dòng)降噪技術(shù)在降噪耳機中的應用

主動(dòng)降噪ANC（Active Noise CancellaTIon）是通過(guò)偵聽(tīng)背景噪聲，利用芯片與算法模型計算噪聲聲波并生成反相聲波，利用聲波疊加抵消原理達到降噪效果。所以，如何在不同的噪音傳遞到耳朵之前就能清楚辨別，然后釋放出對應的聲波進(jìn)行抵消，這就是這項技術(shù)的關(guān)鍵。

內置式降噪耳機工作原理

從抵消噪聲的實(shí)現方式來(lái)看，主動(dòng)降噪技術(shù)又可分為兩種：第一種是由模擬電路來(lái)實(shí)現主動(dòng)降噪，第二種是用數字電路來(lái)實(shí)現主動(dòng)降噪，這兩種降噪方式各有優(yōu)劣。模擬主動(dòng)降噪的電路需要運放、電阻和電容等大量元器件，所以PCB占用空間比較大，而數字主動(dòng)降噪電路用到數字IC，所以占用空間小。但模擬主動(dòng)降噪基本無(wú)延遲，數字電路在DSP上會(huì )產(chǎn)生一定延遲。再來(lái)看看降噪效果的可調性，模擬ANC的調節非常有限，只能通過(guò)調節增益/音量來(lái)改變降噪效果；而數字ANC的靈活性比較大，不僅可以調節增益，還可以調節EQ，降噪算法等，哪怕是已經(jīng)出廠(chǎng)的耳機未來(lái)也可以通過(guò)更新固件來(lái)優(yōu)化降噪效果。因此，數字主動(dòng)降噪有助于無(wú)線(xiàn)音頻工程師滿(mǎn)足消費者全方位的需求，包括卓越的音質(zhì)、噪聲消除和抑制功能、及強大的電池續航能力，同時(shí)由于其更優(yōu)的降噪效果與更低成本，正逐漸占據市場(chǎng)主流。

模擬主動(dòng)降噪技術(shù)vs數字主動(dòng)降噪技術(shù)

基于數字主動(dòng)降噪技術(shù)，ADI推出了一系列的專(zhuān)用ANC SoC芯片，比如ADAU1777 ANC Audio SoC是一款具有四個(gè)輸入和兩個(gè)輸出的編解碼器，內置數字處理器，可執行濾波、電平控制、信號電平監控和混合。從模擬輸入至DSP內核再到模擬輸出的路徑經(jīng)過(guò)優(yōu)化，實(shí)現了低延遲，非常適用于降噪耳機。消費市場(chǎng)上就已有不少知名的主動(dòng)降噪耳機采用ADI的DSP技術(shù)，例如降噪耳機發(fā)明者Bose公司便基于A(yíng)DAU 1777設計出了Bose QC系列降噪耳機，成為行業(yè)的標竿。

ADAU1777 ANC Audio SoC

而功能升級版的ADI ADAU1787的主動(dòng)降噪方案，整合了兩個(gè)數字信號處理器 （DSP）——有著(zhù)高達768kHz的采樣速率的可編程FastDSP音頻處理器，支持雙二階濾波器、限制器、音量控制、混頻；可使用SigmaStudio進(jìn)行可視化編程，性能高達50MIPS的28位 SigmaDSP 音頻處理內核。..。..從模擬輸入到DSP內核再到模擬輸出的路徑已針對低延遲進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)加入少量無(wú)源組件，ADAU1787提供了性能卓越的耳機解決方案。

ADAU1778 ANC SoC

開(kāi)放聲場(chǎng)主動(dòng)降噪技術(shù)探討

如果通過(guò)作用范圍不同將主動(dòng)降噪技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)的話(huà)，噪聲源與降噪作用點(diǎn)單一，需要借助穿戴設備，如降噪耳機降噪，屬于單點(diǎn)主動(dòng)降噪；而作用于三維空間噪聲，無(wú)需借助穿戴設備則屬于開(kāi)放聲場(chǎng)主動(dòng)降噪。三維空間主動(dòng)降噪技術(shù)除了需要優(yōu)秀的主動(dòng)降噪算法功底外，更需要深厚的聲學(xué)理論背景，對三維空間聲場(chǎng)進(jìn)行分析、模擬、降噪，以實(shí)現在非穿戴前提下對特定區域主動(dòng)降噪，進(jìn)而大大拓展應用范圍，因此技術(shù)難度更大。

目前三維空間主動(dòng)降噪技術(shù)應用，比較成熟的是在對汽車(chē)引擎的降噪上，但由于引擎噪音固定且低頻，降噪相對易行，一般來(lái)說(shuō)，車(chē)輛行駛時(shí)除了主要有來(lái)自于發(fā)動(dòng)機的噪音外，還有包括胎噪、風(fēng)噪以及外界環(huán)境的噪音等�，F階段汽車(chē)則是主要是通過(guò)減振、消音、隔音這幾種比較傳統的技術(shù)來(lái)進(jìn)行降噪，更進(jìn)一步的技術(shù)則是采用ANC車(chē)內主動(dòng)降噪科技。需要依靠軟件來(lái)驅動(dòng)，然后使用車(chē)內麥克風(fēng)噪音樣本進(jìn)行采集，經(jīng)系統分析出噪音的頻譜后，再由車(chē)內揚聲器播放與噪音相位相反、振幅相同的聲波來(lái)達到抵消噪音的目的。

近日，ADI與現代汽車(chē)公司合作推出業(yè)界首個(gè)全數字路噪降噪系統，是首個(gè)可在汽車(chē)車(chē)艙內大幅降噪的系統，利用了ADI領(lǐng)先的A²B音頻總線(xiàn)技術(shù)幫助解決電子RANC（路噪主動(dòng)噪聲控制）系統面臨的多項挑戰。該RANC系統基于現有的ANC技術(shù)，并在此基礎上借助A2B總線(xiàn)優(yōu)化了功能與信號傳輸的速度。一般胎噪或發(fā)動(dòng)機噪音0.009秒左右就能進(jìn)入駕駛艙內，基于A(yíng)2B可以保證延時(shí)最多2個(gè)時(shí)鐘周期（50Mbps），由于其計算和信號傳輸速度得到了優(yōu)化，因此僅需 0.002 秒即可分析噪聲并產(chǎn)生由數字信號處理器（DSP）產(chǎn)生的反向聲波，這對于過(guò)去的傳統總線(xiàn)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰。RANC能夠通過(guò)特殊的信號與傳感器位置在車(chē)輛行駛時(shí)對車(chē)內前后排產(chǎn)生的噪音進(jìn)行精確的分析與計算，并可將車(chē)內噪音降低3dBA，這也是RANC技術(shù)的核心所在——不要小看3dBA，在聲壓領(lǐng)域，3dBA相當于將噪音減少一半。

現代汽車(chē)RANC系統

下圖是汽車(chē)座艙ADI主動(dòng)降噪技術(shù)的示意圖，其主動(dòng)降噪控制器核心仍是音頻處理DSP。ADI設想在未來(lái)的座艙中，車(chē)內不同座位都可以形成獨立的聲音分區，不同位置聽(tīng)到的音頻內容也都不一樣，且互相之間沒(méi)有太多干擾——這樣的場(chǎng)景也非常需要音頻處理DSP�；蛟S將來(lái)ADI音頻處理的DSP芯片里也會(huì )加入傳統強大的暗盒，在不一樣的應用場(chǎng)景更好地處理相應的聲音。

ADI主動(dòng)降噪技術(shù)的示意圖

除了汽車(chē)座艙領(lǐng)域應用之外，在消費全面升級的今天，家電領(lǐng)域對降噪技術(shù)存在強烈需求，但是落地應用與布局仍是藍海。作為家用市場(chǎng)聚焦的主陣地，例如攪拌機、吸塵器和烤面包機發(fā)出的各種噪聲，讓許多消費者為之煩惱，所以他們愿意花更多的錢(qián)購買(mǎi)具有噪音抑制功能的家用電器。在前不久的CES2020上，ADI展示了基于A(yíng)DAU1452音頻處理器的家用電器（咖啡機）主動(dòng)降噪功能，可以實(shí)現10dB（A）噪聲消減效果。此類(lèi)解決方案同樣可以運行于那些產(chǎn)生較大噪聲的家用電器上，如豆漿機等，讓讓人不舒服的嘈雜聲從家庭環(huán)境消失。

CES2020上ADI展示利用其SigmaDSP抑制家用電器噪音

本文總結

如今，在電子產(chǎn)品競爭日益激烈，音質(zhì)體驗逐漸成為產(chǎn)品競爭力的重要因·素，這也促使了主動(dòng)降噪技術(shù)廣泛應用。隨著(zhù)越來(lái)越多基于A(yíng)DI ANC解決方案的合作伙伴產(chǎn)品實(shí)現多場(chǎng)景應用落地，相信主動(dòng)降噪技術(shù)在未來(lái)將會(huì )有更巨大的想象空間。