如何設計一款主動(dòng)降噪（ANC）耳機？

　　計算結果能夠很容易通過(guò)Excel表格得出，一個(gè)濾波器范例如圖6顯示。范例的頻率響應及相位響應表明，僅使用一個(gè)全頻寬的反相放大器是難以做出理想降噪信號的。

　　開(kāi)發(fā)濾波器

　　一個(gè)好的ANC耳機的關(guān)鍵在于濾波器的設計。如果濾波器的設計不合理，即使再好的ANC芯片也沒(méi)用。濾波器設計的目標是盡量匹配增益和相位響應。在特定頻率匹配得越好，ANC性能也就越好。因為是模擬信號處理，濾波器的仿真通常是通過(guò)spice仿真工具完成的。圖4是一個(gè)spice仿真線(xiàn)路，該線(xiàn)路體現了ANC麥克風(fēng)濾波器的信號路徑。

　　圖4:Spice濾波器仿真范例

　　ANC濾波器設計工程師的目的是將圖4濾波器仿真線(xiàn)路中的增益和相位響應與計算出的理想曲線(xiàn)匹配起來(lái)?，F在人們使用的典型濾波器有一階低通濾波器、陷波濾波器、高架及低架濾波器。設計師必須了解不同的拓撲結構以及截止頻率、通帶、阻帶的計算方法。這當然不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，尤其是當他們不習慣使用spice仿真工具和模擬濾波器開(kāi)發(fā)工具時(shí)。

　　圖5:AS3415前饋濾波仿真工具

　　為了解決這一問(wèn)題，AS3415評估軟件整合了前饋濾波器仿真工具，如圖5所示。設計工程師能夠使用這一工具來(lái)設計理想的ANC濾波器。這一工具提供了一套預定義的濾波器架構，取代了修改零件值及濾波器結構的做法?；跒樵S多不同客戶(hù)模擬的濾波器結構，這些預定義的濾波器結構能夠涵蓋90%的ANC聲學(xué)需求。圖6顯示了該工具的模擬結果。綠色曲線(xiàn)代表理想的ANC增益和相位響應，藍色曲線(xiàn)顯示了利用圖5的工具制作的ANC濾波器的模擬結果。設計濾波器時(shí)，有一點(diǎn)很重要，那就是我們要注重哪些頻段。ANC耳機的運作有特定的頻率范圍，這并非由于A(yíng)S3415本身的局限性，而是跟聲音的傳播速度及耳機的聲學(xué)特性相關(guān)。如果我們只關(guān)注理想濾波曲線(xiàn)中的增益響應，設計符合該曲線(xiàn)的濾波器則很容易。但問(wèn)題是在A(yíng)NC濾波器的設計中也得同時(shí)匹配相位。由于更高頻率下的相位幾乎旋轉了180度，設計出的濾波器很有可能與頻率響應匹配，而不與相位匹配。取決于不同的耳機及其相位響應，我們通?？梢宰龅?.5kHz頻率以下的濾波器匹配。更高頻的部分需要盡可能的衰減。如果不衰減這些未匹配的高頻部分，可能會(huì )引入噪音。我們在低頻部分減弱噪音，但如果高頻的相位失配，就會(huì )導致噪音被放大。為了避免這一現象，我們會(huì )盡量在無(wú)法匹配的區域降低增益。圖6中的綠色透明區域代表我們通常能達到的增益和相位的最小失配。紅色區域是我們要盡量衰減的部分。高頻衰減和相位響應之間必須達到一個(gè)良好的平衡。如果在高頻下衰減得太多，會(huì )影響到低頻的相位響應，從而可能失去ANC的效果。

　　圖6:模擬結果

　　濾波器檢驗及ANC測試

　　得到令人滿(mǎn)意的濾波曲線(xiàn)以后，AS3415濾波器仿真工具同時(shí)提供材料清單輸出功能。由于該工具和AS3415的評估板相匹配，材料清單中列出的項目能夠被焊接在評估板上，以測試帶有該濾波器的ANC的性能。測試包含兩項內容：一是耳機戴在人工頭上時(shí)的被動(dòng)衰減測試，二是打開(kāi)AS3415芯片并配置好前饋降噪功能時(shí)的頻響測試。ANC性能計算如下：

　　這些計算可以通過(guò)一個(gè)Excel表格來(lái)完成，并生成一份音頻范圍內的ANC降噪性能曲線(xiàn)圖。這張ANC降噪性能曲線(xiàn)圖在降噪耳機的設計及生產(chǎn)過(guò)程中是十分重要及常見(jiàn)的。AS3415的開(kāi)發(fā)工具以及ANC降噪耳機開(kāi)發(fā)相關(guān)的應用注解和樣板現已上線(xiàn)。