主动降噪耳机的原理和测试

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主动降噪耳机的原理和测试




主动降噪并非什么全新概念，但苹果 AirPods Pro 耳机的发布，再次掀起业内和市场热潮。我们也赶一次热闹，看看到底什么是主动降噪。

有主动降噪，就必然有被动降噪。
其实只要是耳机，就具备被动降噪功能 - 那就是把人的耳朵“堵上”，物理隔绝噪声。它的降噪效果如何，用过耳机的人都有体会。
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正因为被动降噪的体验实在太差，人们才研究了主动降噪。


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先复习下物理，不用怕，都是基本操作。

我们知道，声音是一种波，描述波形变化的一个参数是相位，有了相位，声波中某个点在某个时刻是处在波峰、波谷或是其它位置就可以精确计算出来。
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当两个声音的相位相同时，它们会互相叠加，反之则会相互抵消，这就是主动降噪的物理原理。从事音响工程安装的朋友对此一定深有体会，若不小心将某只音箱的线路接反，就会出现声音变小的现象。
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6 _% f1 O6 X+ l1 q; `7 Q0 j主动降噪，即是人为制造一个和噪声相位相反，幅度完全一致的声音，“以毒攻毒”。
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! M2 h4 @3 e1 v' {以苹果的 AirPods Pro 为例，
8 e/ D" R. b! v7 k# h; X& q8 y% B6 ^它的外侧有一支噪声采集麦克风，负责收集环境噪声交由内部芯片处理，再由耳机单元发出相位相反幅度相同的噪声，使外界噪声抵达人的耳膜前即被抑制。

9 k3 f7 \, r4 W- x它的内部还有一支麦克风，不仅可以二次采集耳蜗内的噪声，还能监测用户播放的音乐，优化中低频音效。
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原理非常简单，但要得到完美的降噪体验绝非易事，
7 Y+ e, U; @1 w严格的测试必不可少。
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客观测试并不复杂，除了基本的声学和音频参数，再测试降噪性能即可。

将待测耳机佩戴在人工耳或模拟躯干上，放置在消声室内，并播放可控的噪声。
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3 p. a, l/ u& M% ^& l# i全面的降噪测试主要包含三个方面：
  L+ P9 B3 L" I; M! o6 l  C0 H. y一、被动降噪测试，关闭待测体主动降噪功能，测量佩戴和不佩戴耳机时人工耳内的声学参数；
' ~3 u: }2 p. B! a+ j二、被动加主动降噪，开启待测体主动降噪功能，测量佩戴和不佩戴耳机时人工耳内的声学参数；
三、主动降噪测试，佩戴耳机，分别测试开启和关闭主动降噪功能时人工耳内的声学参数。


实验室研发还需进行更多的音频测试项目，比如噪声处理前后的信号对比等，这里不再赘述。

市场上已有许多现成的集成降噪方案和成熟的终端产品可以选择，但其也面临不少亟待解决的问题。

比如：
0 \! D8 ?) t1 @" W6 z2 f· 成本居高不下，难以普及；
' [% P# f. V5 a1 a# o· 需额外供电，对无线耳机来说是一大挑战；
' A8 Y. C0 {; o% g5 R· 若是无线耳机，其音质与同档有线耳机存在差距；
· 必须合理降噪，比如只抑制环境噪声，保留人声等。

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