處理主動降噪耳機(jī)設(shè)計的兩大挑戰(zhàn)

　　耳機(jī)主動降噪(Active Noise Cancellation) 的基本概念并不復(fù)雜,但如何實現(xiàn)高品質(zhì)的降噪效果卻并不簡單，特別是濾波電路的設(shè)計及生產(chǎn)過程控制更加關(guān)鍵。本文針對ANC耳機(jī)設(shè)計者所遇到的困難，針對性地討論如何采用創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行濾波器及量產(chǎn)時調(diào)節(jié)，設(shè)計及生產(chǎn)高性能的降噪耳機(jī)。

　　兩種結(jié)構(gòu)的ANC系統(tǒng)的選擇

　　主動降噪，是指采集環(huán)境噪音，并產(chǎn)生與噪音反相的信號用耳機(jī)等裝置回放，用以抵消噪音的技術(shù)。通常，主動降噪技術(shù)與被動降噪技術(shù)(采用吸音或隔音材料來降低進(jìn)入耳朵聲音的強(qiáng)度)相結(jié)合，以產(chǎn)生最佳的降噪效果。

　　典型的降噪系統(tǒng)由下列部份組成：

　　● 用以采集噪音的麥克風(fēng)系統(tǒng);

　　● 電子控制部份，用以處理聲音信號，并生成降噪信號;

　　● 喇叭系統(tǒng)，用以產(chǎn)生降噪聲音信號。

　　大部分ANC系統(tǒng)采用兩種主要結(jié)構(gòu)中的一種：前饋式或反饋式。在前饋式系統(tǒng)(如圖1)中，采樣麥克風(fēng)位于耳機(jī)外部，用以采集進(jìn)入耳機(jī)的噪音，喇叭用以播放反相信號，用以抵消噪音。 前饋系統(tǒng)通常用于入耳式耳機(jī)設(shè)計。在反饋式系統(tǒng)(如圖2)中，麥克風(fēng)位于耳機(jī)內(nèi)部，采集所謂“誤差信號”，這就是說，麥克風(fēng)采集了正常播放的音樂信號與殘留噪音混合的信號，把正常播放的音樂信號減去后，就得到殘留的噪音。通過恰當(dāng)?shù)姆答侂娐?，可以使誤差信號與正常音樂的差別盡可能的小，也就是說，降低了噪音。

　　在前饋系統(tǒng)中，由喇叭產(chǎn)生的用以抵消噪音的聲音稱之為反相聲音(anti-phase sound)，因為要實現(xiàn)兩個聲音最好的抵消效果，必須幅度相同，相位相差180度(反相)。

　　如圖3所示，從麥克風(fēng)到位置A，組成了降噪回路。這個降噪回路的傳遞函數(shù)必須被精確測量，因為在電聲系統(tǒng)中，各種衰減及延時必須被考慮到。換句話說，噪音從被麥克風(fēng)捕獲并通過信號處理到喇叭回放再傳到耳道必須與噪音從耳機(jī)外部穿過耳機(jī)再傳入耳道保持一致。另外，因為耳機(jī)吸音材料所造成的被動降噪作用，麥克風(fēng)在耳機(jī)外部捕獲的噪音與真正穿過耳機(jī)傳入耳道的的噪音并不完全一致。在此，電子處理電路G(W)必須這些在整個降噪回路中的衰減及延時進(jìn)行補(bǔ)償。

　　反饋式工作原理有些不一樣。反饋式處理旨在衰減在A點(圖4)的殘留噪音。反饋式設(shè)計必須要非常小心，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，必須進(jìn)行負(fù)反饋設(shè)計從而降低殘留噪音。同時，必須小心過濾其余頻率范圍信號，特別是高頻部份。這是因為由于延時引起的相們改變將會隨著頻率的升高而增大，一旦相位差大于60度，負(fù)反饋將會變成正反饋。這將引入嚴(yán)重的聲學(xué)問題—高頻噪音甚至是高頻震蕩引起嘯叫。與前饋系統(tǒng)相同的是，精確的聲學(xué)測量是非常重要的。測量結(jié)果將被計算并用于補(bǔ)償降噪回路中的各種衰減與延時。