DIY無(wú)極限：自己設計一款反饋式主動(dòng)降噪耳機，其實(shí)很簡(jiǎn)單

　　前饋式耳機一般來(lái)說(shuō)是比較容易開(kāi)發(fā)的，因為設計工程師通常不用處理穩定性方面的問(wèn)題。然而，這種拓撲的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是風(fēng)噪聲(Wind noise)，因為它的降噪麥克風(fēng)是直接暴露在環(huán)境中的?？朔巳秉c(diǎn)的方法之一就是采用反饋式主動(dòng)降噪技術(shù)。此篇文章將說(shuō)明采用ams的AS3435設計反饋式主動(dòng)降噪耳機所需的步驟。

　　設備綜述

　　同設計前饋式耳機一樣，反饋式耳機也需要特定的設備，其中最重要的就是能夠測量頻率響應和相位響應的音頻測量系統。

　　適合用來(lái)進(jìn)行這些測量的音頻設備包括Audio Precision、Bruel Soundcheck等。搭配不同類(lèi)型人工耳的人耳仿真器可用來(lái)模擬人耳的聲學(xué)響應。推薦采用Head Acoustics、Bruel GRAS的產(chǎn)品。

　　常用于前饋入耳式產(chǎn)品的IEC711耦合器在這項應用中是不需要的。在反饋入耳式系統中，麥克風(fēng)的擺放會(huì )受到空間限制。所以，99%的反饋式耳機一般都是罩耳式(on-ear)或者包耳式(over-ear)設計。當然，目前市場(chǎng)上還是有反饋入耳式設計的。除了仿真人耳和能夠測量增益和相位的音頻測量設備之外，其余的用于前饋式設計的設備已經(jīng)包含了所有開(kāi)發(fā)反饋式主動(dòng)降噪耳機的需求。為測定耳機的主動(dòng)降噪性能，還需要一個(gè)雙向式揚聲器系統(最好是雙向同軸揚聲器)，以便將主動(dòng)降噪耳機暴露在噪音場(chǎng)中進(jìn)行測試。

　　設計反饋式主動(dòng)降噪耳機所需的最后一個(gè)要素是AS3435評估板(EVB)，它包括了所有必要的連接器和前置放大器，滿(mǎn)足了耳機聲學(xué)特性量測時(shí)的需求。

　　如何量測反饋式耳機聲學(xué)特性?

　　除了襯墊(cushion)和揚聲器聲腔等機械組件之外，每部主動(dòng)降噪耳機還需要揚聲器和主動(dòng)降噪麥克風(fēng)等電聲組件。這些組件集合在一起，決定了耳機的頻率和相位響應。不同的耳機會(huì )有不同的頻率和相位響應，所以需要正確的特性量測來(lái)實(shí)現各個(gè)耳機主動(dòng)降噪性能的優(yōu)化，以達到最大的帶寬。

　　相較于前饋式系統，反饋式系統的主動(dòng)降噪特性測量是非常簡(jiǎn)單的，所需要的就只是量測耳機揚聲器和主動(dòng)降噪麥克風(fēng)之間的開(kāi)環(huán)回路。

　　圖1：反饋式耳機特性測量

　　測量裝置包括圖1所示的Audio DAQ(數據擷取)系統、人工頭及主動(dòng)降噪耳機。數據獲取(Data Acquisition)系統的輸出連接至AS3435評估板的輸入，主動(dòng)降噪耳機的揚聲器需連接至AS3435評估板的耳機放大器輸出，同時(shí)，主動(dòng)降噪麥克風(fēng)連接至評估板的麥克風(fēng)輸入。設計所需的麥克風(fēng)偏壓(bias voltage)由評估板提供，因此麥克風(fēng)連接無(wú)需額外的外部組件。

　　最后一個(gè)重要且必需的連接，是從評估板的QMICx引腳(麥克風(fēng)前置放大器輸出)連接至DAQ系統的模擬音頻輸入。在測量開(kāi)始前，AS3435評估板必須進(jìn)行正確配置。評估板軟件的屏幕截圖如圖2所示。很重要的一點(diǎn)是，要將麥克風(fēng)前置放大器增益設定為0dB，使其之后能匹配ams的濾波器計算模板。

　　圖2：反饋系統特性測量時(shí)的軟件配置

　　另外，將耳機多路輸入設定到“未連接”位置也是必需的，有助于避免麥克風(fēng)信號回饋至揚聲器。當然，這是主動(dòng)降噪運作期間所需的，而非針對開(kāi)環(huán)回路特性的測量。

　　當評估板得到正確配置后，DAQ系統就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)從20kHz至20Hz的正弦掃頻信號。然后DAQ系統便會(huì )測量麥克風(fēng)前置放大器輸出端的增益和相位響應。該測量包括所有反饋濾波器設計所需的相關(guān)信息。