主动降噪耳机的原理和测试

ypw2004

3 w' y" k5 ]* U% P
主动降噪耳机的原理和测试


1 Y+ v. e4 r5 H* b
7 _2 y$ L: W/ F$ J
+ w+ c: S" X2 c" U4 \; D! d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。

& X; G( b, D, R0 n有主动降噪，就必然有被动降噪。
! B/ Y! k+ s5 K2 m& q9 w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。
) [. a  a1 q( e: W

" L! S; I1 \3 ^( @+ P6 A9 s
/ h- a$ R2 j/ e" s
* \+ X7 O0 K. i* S  s" k3 @6 J正因为被动降噪的体验实在太差，人们才研究了主动降噪。
, y" ^3 W( O8 _' H



2 C2 F# n! I+ l. n" l( Y  l
5 j$ \* Z4 s: Y, F
先复习下物理，不用怕，都是基本操作。

$ x' m5 L6 O# X8 u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。

; D8 F# E# s/ ^! |0 G4 b/ I9 x0 ?, ~
  R1 y6 X7 w3 V3 R( g- l
& g( [" g# a5 [
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。

* R" e% `! @1 \) u7 x7 h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”。
* u* h) H) j: e6 b6 }* F
" D9 r7 S: ?! `4 D" \0 Y. V3 D" t


% B6 U3 z6 B! S6 J4 n
: Z$ \  ^0 }7 n. W& H! f3 [
0 X  t4 |4 Y% ^: O以苹果的 AirPods Pro 为例，
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。
) X* ^* F; f+ U/ ?# q
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。
  D4 ?  q% _, d0 P, ?' x


原理非常简单，但要得到完美的降噪体验绝非易事，
严格的测试必不可少。

8 U6 o" F! [5 i+ ]/ W8 }6 I/ s
1 z, \7 t# s+ Y$ g  t3 ^
( f4 ]8 H& u' m* L7 T

- T$ H* r6 w; T& X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。

: w% e# @6 i  e* M% J- X0 U( X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。
9 s* r* q, {9 R
全面的降噪测试主要包含三个方面：
& ]9 e* u4 u, W0 P- E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；
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；
8 I+ U6 p4 L9 y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。
: }; v7 H7 B2 j7 s, G
! D+ D. ?* e6 {  K, A0 g$ v9 |
, P  r6 o+ G! ~" y' ]" f6 f+ B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。

7 O3 _; Y$ C4 F! Y/ B& T4 a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。
& n# i6 m6 V1 Y/ W; b7 J
比如：
* P4 @1 F' f9 |- m· 成本居高不下，难以普及；
· 需额外供电，对无线耳机来说是一大挑战；
· 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。

今天的内容就是这些，欢迎讨论和分享。