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[耳机] 主动降噪耳机的原理和测试

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发表于 2019-11-6 12:12:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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主动降噪耳机的原理和测试
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( e; K& I4 e' g( g/ x( [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。
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有主动降噪,就必然有被动降噪。 7 Q6 q5 e6 M5 m  x+ D' w" T
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。1 k0 R5 w! d# P( N0 o0 r' A7 y

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5 k" e4 l# R. x6 `& T& \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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4 ]+ v; w. H8 x' |* K, o先复习下物理,不用怕,都是基本操作。
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+ T5 e% y" `0 B8 x0 ~8 c/ W" o3 |7 t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。; x% M4 [) S2 Y9 ]4 Z- }
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6 e5 u) D" M% ~+ p3 p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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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”。, H' P! w5 v+ Q
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以苹果的 AirPods Pro 为例,+ Z+ i) p8 F4 V! x- V0 c( y
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。
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0 R* I* P: B/ ?, p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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4 }, I# Z" ?9 t, \* G$ W/ z 640.gif # e3 ^& z: o; x" {4 z/ S

* p: W% c3 ~  g原理非常简单,但要得到完美的降噪体验绝非易事,
/ s; W! c+ R% c; p  V2 U/ F6 o严格的测试必不可少。! s' e1 g8 o# {* w- ]9 U% u/ h" S/ f

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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。
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. V) \0 d. [3 V0 l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。1 s% [( O) e* ]; x
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全面的降噪测试主要包含三个方面:$ d# e5 W8 l$ |& E. r0 h
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;
) Q' p1 A" J- T! G; c7 b. j: Z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 W! _, O" Z$ @6 z. [
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。6 x; z) k/ ]" ?7 p
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- ~1 S( ?# j& @7 v! [9 x( F  |$ c/ ]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。# ^0 }5 a4 F* F9 {- W* r0 o' m; A

$ d. h# _- q/ j! ]6 Z1 j7 d! 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。! Z2 n5 z1 z! T! @0 t2 e$ `

+ ]( j# a" ]8 Q% `比如:
6 z1 e3 S6 s" c0 ?" ?( D· 成本居高不下,难以普及;
  t7 u% v4 U8 l: N· 需额外供电,对无线耳机来说是一大挑战;1 L( U, U3 i4 F
· 若是无线耳机,其音质与同档有线耳机存在差距;
- v  |, ^3 U# m1 d# N- n, ~* z$ P3 t· 必须合理降噪,比如只抑制环境噪声,保留人声等。
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