如何設計一款主動(dòng)降噪（ANC）耳機？

　　在我最新的文章(主動(dòng)降噪發(fā)展趨勢、概念及技術(shù)難題)中，闡述了現有的各種主動(dòng)降噪拓撲結構，并對原始設計商和合約制造商在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的困難進(jìn)行了分析。開(kāi)發(fā)過(guò)程的另一個(gè)難題是主動(dòng)降噪回路本身。本文將敘述以AS3415主動(dòng)降噪芯片為基礎設計一款主動(dòng)降噪前饋耳機的必要步驟。

　　在正式開(kāi)始制作一款主動(dòng)降噪耳機之前，我們需要特殊的音頻設備。首先是用于測量頻率響應和相位響應的音頻測量系統?？蛇x用的音頻設備有Audio Precision、BrüelKjaer、Soundcheck等。除了音頻測量系統，人耳模擬裝置也是重要的一部分，如來(lái)自Head Acoustics、BrüelKjaer或GRAS的IEC711(入耳式主動(dòng)降噪產(chǎn)品)或HeadTorso模擬器(頭戴式及耳罩式產(chǎn)品)。人耳模擬裝置可在量測耳機特性時(shí)用于模擬人耳響應。這些人工耳集成了高度精確的麥克風(fēng)，能夠測量到人戴耳機時(shí)真實(shí)聽(tīng)到的聲音。另外還需要一個(gè)揚聲器，用于測量耳機的被動(dòng)衰減特性，這是濾波器設計的一部分。此揚聲器應該是雙向式揚聲器，且最好是同軸雙向式揚聲器，以保證從揚聲器到耳機的高頻與低頻的傳輸距離相等。最后需要AS3415評估板，它包含了所有必要的連接器和前置放大器，使性能測試過(guò)程盡可能流暢地進(jìn)行。

　　為什么要對耳機進(jìn)行性能測試?

　　每個(gè)耳機的聲學(xué)表現都不盡相同。原因很簡(jiǎn)單，因為耳機采用不同的組件，如擁有不同阻抗和傳遞系數的揚聲器。且每一款耳機的彈性襯墊以及前后聲腔也都不一樣。

　　要制作主動(dòng)降噪耳機，了解耳機的特性很重要，這樣才能獲得良好的降噪性能。主動(dòng)降噪前饋耳機使用ECM麥克風(fēng)捕捉耳機外部的噪音。電子線(xiàn)路會(huì )產(chǎn)生一個(gè)抗噪反信號，然后通過(guò)揚聲器播放出來(lái)。理論上，ANC回路是一個(gè)簡(jiǎn)單的反相電路，但事實(shí)并非如此。由于耳機的不同組件會(huì )影響頻率響應和相位響應，簡(jiǎn)單的反相無(wú)法令ANC達到性能要求。為了解耳機在增益和相位方面的表現，ANC耳機的性能測試顯得尤為重要。

　　為了得到理想的ANC濾波曲線(xiàn)，我們必須采用第一段提到的設備進(jìn)行三項測量。第一項測量是被動(dòng)衰減測量，如圖1所示。

　　圖1:前饋性能測量一

　　我們用同軸揚聲器發(fā)出20Hz-22kHz的掃頻聲波，并測量到達人耳的聲波。到達人耳的聲波可使用人耳模擬器內部的麥克風(fēng)來(lái)測量。這樣，我們測到耳機自身引起的噪聲衰減，即被動(dòng)衰減。

　　如圖2所示，第二項是捕捉噪音的麥克風(fēng)的頻率響應測量。同樣，正弦掃頻信號通過(guò)同軸揚聲器播放出來(lái)，并由ANC麥克風(fēng)收集。

　　圖2:前饋性能測量二

　　第三項，也就是最后一項，(如圖3)是耳機內部揚聲器的頻率響應和相位響應測量。20Hz至22 kHz的掃頻信號由耳機內部的揚聲器發(fā)出，供測試使用的人工頭內的麥克風(fēng)收集到該信號。該項檢測測量了降噪信號通過(guò)揚聲器播出時(shí)的傳遞函數，以及信號是如何被人耳接收的。相位對這三項測量都十分重要，如果揚聲器播出的抗噪信號與從環(huán)境進(jìn)入人耳的噪音具有相同的相位，噪音非但不會(huì )減弱，還會(huì )被放大。

　　圖3:前饋性能測量三

　　計算主動(dòng)降噪濾波器的理想值

　　一旦完成這三項測量，我們就能夠用測量結果來(lái)計算ANC濾波器的理想值。所需的濾波器振幅計算如下：

　　所需濾波器的相位計算如下：

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