處理主動(dòng)降噪耳機設計的兩大挑戰

　　耳機主動(dòng)降噪(Active Noise Cancellation) 的基本概念并不復雜,但如何實(shí)現高品質(zhì)的降噪效果卻并不簡(jiǎn)單，特別是濾波電路的設計及生產(chǎn)過(guò)程控制更加關(guān)鍵。本文針對ANC耳機設計者所遇到的困難，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(shí)調節，設計及生產(chǎn)高性能的降噪耳機。

　　兩種結構的ANC系統的選擇

　　主動(dòng)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等裝置回放，用以抵消噪音的技術(shù)。通常，主動(dòng)降噪技術(shù)與被動(dòng)降噪技術(shù)(采用吸音或隔音材料來(lái)降低進(jìn)入耳朵聲音的強度)相結合，以產(chǎn)生最佳的降噪效果。

　　典型的降噪系統由下列部份組成：

　　● 用以采集噪音的麥克風(fēng)系統;

　　● 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，用以產(chǎn)生降噪聲音信號。

　　大部分ANC系統采用兩種主要結構中的一種：前饋式或反饋式。在前饋式系統(如圖1)中，采樣麥克風(fēng)位于耳機外部，用以采集進(jìn)入耳機的噪音，喇叭用以播放反相信號，用以抵消噪音。 前饋系統通常用于入耳式耳機設計。在反饋式系統(如圖2)中，麥克風(fēng)位于耳機內部，采集所謂“誤差信號”，這就是說(shuō)，麥克風(fēng)采集了正常播放的音樂(lè )信號與殘留噪音混合的信號，把正常播放的音樂(lè )信號減去后，就得到殘留的噪音。通過(guò)恰當的反饋電路，可以使誤差信號與正常音樂(lè )的差別盡可能的小，也就是說(shuō)，降低了噪音。

　　在前饋系統中，由喇叭產(chǎn)生的用以抵消噪音的聲音稱(chēng)之為反相聲音(anti-phase sound)，因為要實(shí)現兩個(gè)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(gè)降噪回路的傳遞函數必須被精確測量，因為在電聲系統中，各種衰減及延時(shí)必須被考慮到。換句話(huà)說(shuō)，噪音從被麥克風(fēng)捕獲并通過(guò)信號處理到喇叭回放再傳到耳道必須與噪音從耳機外部穿過(guò)耳機再傳入耳道保持一致。另外，因為耳機吸音材料所造成的被動(dòng)降噪作用，麥克風(fēng)在耳機外部捕獲的噪音與真正穿過(guò)耳機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(gè)降噪回路中的衰減及延時(shí)進(jìn)行補償。

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