1降噪耳機(jī)技術(shù)面面談

    噪聲，也稱(chēng)噪音，是讓聽(tīng)到它的人和自然界帶來(lái)煩惱的、不受歡迎的聲音。影響人們工作學(xué)習(xí)休息的聲音都稱(chēng)為噪聲。對(duì)噪聲的感受因各人的感覺(jué)、習(xí)慣等而不同，因此噪聲有時(shí)是一個(gè)主觀的感受。一般來(lái)說(shuō)人們將影響人的交談或思考的環(huán)境聲音稱(chēng)為噪聲。 

    雖然我們使用的耳機(jī)產(chǎn)品越來(lái)越高檔，享受音樂(lè)的品質(zhì)也越來(lái)越高，但不過(guò)不得不承認(rèn)的是城市的噪聲污染越來(lái)越嚴(yán)重，在室外使用普通耳機(jī)耳塞，只能提高音量來(lái)蓋過(guò)噪聲，這樣一來(lái)不但不能享受美妙的音樂(lè)，對(duì)自己的聽(tīng)力也有很大的影響，你也許很快就會(huì)感到聽(tīng)覺(jué)疲勞。很多便攜式耳機(jī)越來(lái)越考慮到隔音的問(wèn)題，但終歸是治標(biāo)不治本的辦法，在外界聆聽(tīng)音樂(lè)總歸是要同很多噪聲一起“享受”的。

    不過(guò)此時(shí)，如果想靜靜地享受音樂(lè)世界，那么降噪耳機(jī)可能成為最佳選擇。降噪耳機(jī)就目前看來(lái)也并不算是相當(dāng)主流的產(chǎn)品，但這個(gè)最先只是為了商務(wù)人士在飛機(jī)上使用設(shè)計(jì)的耳機(jī)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。今年可謂是降噪耳機(jī)蓄力爆發(fā)的一年，我們已經(jīng)看到了很多品牌將致力于普及降噪耳機(jī)產(chǎn)品，打造親民化的消費(fèi)級(jí)降噪耳機(jī)，讓大眾人群也同這些“高端白領(lǐng)”用戶(hù)們一樣享受安靜地聆聽(tīng)。

主動(dòng)降噪耳機(jī)是啥? 降噪耳機(jī)技術(shù)面面談

    但降噪耳機(jī)要想站在同便攜耳機(jī)一樣的高度，首先還需要得到人們的認(rèn)同。大多數(shù)人對(duì)于降噪耳機(jī)產(chǎn)品了解較少，對(duì)于降噪耳機(jī)的功能和應(yīng)用也沒(méi)有一個(gè)完善的了解，那么我們從現(xiàn)在開(kāi)始，就為大家來(lái)介紹一些關(guān)于降噪耳機(jī)的知識(shí)。

    降噪耳機(jī)分為主動(dòng)式降噪和被動(dòng)式降噪兩種。被動(dòng)式降噪耳機(jī)利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開(kāi)，主要通過(guò)隔聲材料阻擋噪聲，對(duì)高頻率聲音非常有效，一般可使噪聲降低大約為15-20dB。這種方法原理簡(jiǎn)單，降噪成本低，但效果略為遜色，且由于使用了高密度的隔聲材料，耳機(jī)較重佩戴不舒服。

隔音耳塞就是被動(dòng)是降噪原理

    我們可以看見(jiàn)的大多數(shù)便攜式隔音耳機(jī)產(chǎn)品都是這種被動(dòng)式降噪方式，入耳式耳塞和封閉式耳機(jī)能夠在一定程度上隔離噪音，但卻沒(méi)有辦法來(lái)中和噪聲達(dá)到安靜的聆聽(tīng)效果。被動(dòng)降噪的優(yōu)勢(shì)是降噪空間大，對(duì)于高頻信號(hào)的隔絕效果好，比如公路旁邊的隔音板。但是，對(duì)于小空間的低頻噪聲來(lái)說(shuō)，像空調(diào)工作噪聲、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等噪音則效果大打折扣。

全罩式封閉便攜耳機(jī)也是被動(dòng)降噪原理

    主動(dòng)降噪概念是BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士在一次飛行旅途中由于受不了飛機(jī)噪音而提出的。1989年，BOSE主動(dòng)降噪耳機(jī)推出，但主要用于商業(yè)以及軍用戰(zhàn)場(chǎng)上，真正量產(chǎn)到民用還是在2000年。之所以要采用主動(dòng)降噪耳機(jī)，一方面是因?yàn)槟承┰胍羰菬o(wú)法通過(guò)物理方式隔絕的，另一方面，很多情況下，噪音來(lái)自于多方面，我們無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)方法來(lái)進(jìn)行降噪。

BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士

    其實(shí)主動(dòng)降噪的理論十分簡(jiǎn)單，“聲波”是我們中學(xué)物理課程中都會(huì)學(xué)到的理論。聲音的傳播是通過(guò)介質(zhì)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，波與波之間如果呈反相則會(huì)在理論條件下實(shí)現(xiàn)抵消。這就好比平靜的湖中兩組不同方向的波浪相互抵消一個(gè)道理。

主動(dòng)降噪示意圖

    主動(dòng)降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點(diǎn)，然后通過(guò)內(nèi)置的處理芯片運(yùn)算出反相的波，再通過(guò)高還原度揚(yáng)聲器相抵消。所以主動(dòng)降噪系統(tǒng)必備的設(shè)備有拾音器、處理芯片、揚(yáng)聲器，每一個(gè)部分都要保證高質(zhì)量才能達(dá)到最終的效果，故成本上就要比傳統(tǒng)非降噪設(shè)備高。

    主動(dòng)降噪耳機(jī)除使用隔聲材料，耳機(jī)內(nèi)部還設(shè)有音頻處理電路，可對(duì)部分低頻信號(hào)進(jìn)行消減，因此降噪效果比被動(dòng)式耳機(jī)要好。所有的聲音都由一定的頻譜組成，如果可以找到一種聲音，其頻譜與所要消除的噪聲完全一樣，只是相位剛好相反，相差180°，就可以將這噪聲完全抵消掉，如圖所示。

主動(dòng)降噪原理圖

    抗噪信號(hào)僅僅是通過(guò)對(duì)原始噪聲信號(hào)的反相處理得到的，目的就是當(dāng)它們相遇時(shí)可以互相抵消。這種方法基于疊加原理，當(dāng)波形相同、相位相差180。的兩個(gè)信號(hào)相互疊加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干涉相消現(xiàn)象。如果噪聲抑制信號(hào)和原信號(hào)不完全相同或者相位不是精確的相差180°，則只會(huì)減弱噪聲，并不能達(dá)到完全抵消的效果。

外置傳感器的開(kāi)環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)

    主動(dòng)降噪系統(tǒng)通過(guò)一只傳聲器采集噪聲并產(chǎn)生抗噪信號(hào)。在一個(gè)開(kāi)環(huán)路系統(tǒng)中，如圖所示，傳聲器放置于耳罩的外部，其拾取的聲音信號(hào)經(jīng)反相放大器輸出得到抗噪信號(hào)，而后與所需的音頻信號(hào)混合，最終在耳機(jī)換能器中重放嘲。抗噪信號(hào)能夠衰減外界噪聲，使原始聲音更便于理解。通常，開(kāi)環(huán)主動(dòng)降噪系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)噪聲衰減10-15dB，這在為專(zhuān)業(yè)人士及普通消費(fèi)者設(shè)計(jì)的不同種類(lèi)的降噪耳機(jī)中可以普遍發(fā)現(xiàn)。可是，這種設(shè)計(jì)對(duì)于那些想要獨(dú)自調(diào)整抗噪信號(hào)大小以滿(mǎn)足最佳聽(tīng)音效果的人們來(lái)說(shuō)并不適用。

    開(kāi)環(huán)路系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)就是簡(jiǎn)單，但與其他類(lèi)型的降噪耳機(jī)比，可能并不是最令人滿(mǎn)意的。由于傳聲器放置于耳罩外，實(shí)際采集到的噪聲和耳罩內(nèi)聽(tīng)到的噪聲并不完全一樣。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)耳罩再加上其內(nèi)部的反射作用，聲音已發(fā)生了改變。因此，在很多情況下，抗噪信號(hào)可以在耳機(jī)內(nèi)生成。

    如果傳聲器放置于耳罩內(nèi)換能器的前方，系統(tǒng)可能生成一個(gè)更加精確的抗噪信號(hào)，如圖所示。此時(shí)，傳聲器拾取到的聲音既包括耳機(jī)換能器發(fā)出的聲音，又包括耳罩內(nèi)產(chǎn)生的噪聲，這個(gè)信號(hào)作為糾錯(cuò)信號(hào)反饋給所需的聲音信號(hào)，因此被稱(chēng)為“閉環(huán)路系統(tǒng)”。閉路系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)是通過(guò)反饋方式來(lái)達(dá)到降噪的目的。

內(nèi)置傳感器的閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)

    控制論中，噪聲(比如放大器的失真)被看作是一種非線性的變化，可以通過(guò)在系統(tǒng)中引入校正信號(hào)來(lái)減輕或消除這種失真。圖3所示的是一個(gè)閉環(huán)路主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)。傳聲器置于耳罩內(nèi)部，拾取到的是所需的聲音和噪聲的混合聲。首先，這個(gè)系統(tǒng)將所需信號(hào)從混合信號(hào)中分離出來(lái)并對(duì)剩下的噪聲信號(hào)進(jìn)行反相。然后，對(duì)反相的噪聲信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以便抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的噪聲。輸出級(jí)將抗噪信號(hào)和所需信號(hào)重新合成，最終在耳機(jī)換能器中實(shí)現(xiàn)重放。由于這是一個(gè)反饋的過(guò)程，所以在某些情況下，閉環(huán)系統(tǒng)可能會(huì)不穩(wěn)定。

● 自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)

    上面提到的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)都是采用模擬濾波器來(lái)產(chǎn)生抗噪信號(hào)，而數(shù)字濾波器的功能更為強(qiáng)大，設(shè)置也更為簡(jiǎn)單。用數(shù)字濾波器來(lái)消除噪聲的方法叫做自適應(yīng)濾波法，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)糾正相位錯(cuò)誤和幅度錯(cuò)誤。

自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)

    上圖是使用自適應(yīng)主動(dòng)降噪耳機(jī)系統(tǒng)的原理圖。在頭戴耳機(jī)的頂部放置一只傳聲器拾取噪聲信號(hào)作為參考信號(hào)，自適應(yīng)濾波器利用當(dāng)前信號(hào)經(jīng)過(guò)耳機(jī)系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)耳罩內(nèi)的噪聲，然后將預(yù)測(cè)噪聲反相后與所需音頻信號(hào)進(jìn)行疊加，最終傳送給耳機(jī)換能器。置于耳罩內(nèi)的傳聲器拾取實(shí)際的聲音并產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)，使濾波器收斂于零以得到更加準(zhǔn)確的抗噪信號(hào)。

    降低噪聲通常所采用的三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過(guò)程中降噪及在人耳處降噪，這些技術(shù)都是消極被動(dòng)的。為了積極主動(dòng)地消除噪聲，人們發(fā)明了主動(dòng)噪聲控制ANC這一技術(shù)。

索尼的NDR-NC500D降噪過(guò)程數(shù)字化、人工智能自動(dòng)選擇降噪模式

    主動(dòng)降噪通過(guò)測(cè)量、反向控制、聲場(chǎng)疊加三個(gè)主要過(guò)程實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)抵消嘲。在眾多主動(dòng)降噪耳機(jī)中，這個(gè)原理基本是通用的且多年沒(méi)有變化，主動(dòng)降噪耳機(jī)的發(fā)展似乎遇到了自己的瓶頸。瓶頸在主動(dòng)降噪技術(shù)上，而各廠家又都想把自己的產(chǎn)品變成市場(chǎng)中的王者，于是將關(guān)注點(diǎn)放在了其他方面。

BOSE的產(chǎn)品就采用了ANC降噪技術(shù)

同樣采用ANC降噪技術(shù)的鐵三角耳機(jī)

    經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，人們清醒地認(rèn)識(shí)到，噪聲控制的根本途徑是對(duì)聲源的有效控制，所以從分析聲源的發(fā)聲機(jī)理出發(fā)，對(duì)聲源或近場(chǎng)域?qū)嵤┲鲃?dòng)控制才是解決噪聲控制積極主動(dòng)的發(fā)展方向。在各種產(chǎn)品向數(shù)字化發(fā)展的今天，數(shù)字化主動(dòng)降噪技術(shù)已成為今后降噪耳機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，將ANC與智能控制技術(shù)、智能材料和光纖技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，既提高了主動(dòng)降噪系統(tǒng)的性能，又保證系統(tǒng)控制的性能。

● 降噪耳機(jī)會(huì)影響音質(zhì)嗎？

    會(huì)。由于被動(dòng)降噪耳機(jī)涉及了運(yùn)算過(guò)程，音質(zhì)受到影響，這是肯定的。被動(dòng)降噪一般意義上不作為真正的降噪耳機(jī)來(lái)討論，因?yàn)樗�可以是音質(zhì)很好的監(jiān)聽(tīng)返送設(shè)備，以音質(zhì)為賣(mài)點(diǎn)的那種。但目前降噪影響音質(zhì)的問(wèn)題已經(jīng)有一些廠商在改進(jìn)，目前有產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)，不過(guò)這樣的產(chǎn)品還不算多見(jiàn)。

● 降噪耳機(jī)價(jià)格貴嗎？

    不便宜。最便宜的降噪耳機(jī)起跳都要幾百塊，當(dāng)然，這是不會(huì)有很好的降噪效果和音質(zhì)表現(xiàn)的。如果你想要一款鋰電池供電、降噪效果好、音質(zhì)表現(xiàn)佳的產(chǎn)品，那么三千到四千元的鈔票是肯定要花的。今年，很多廠商搭理推廣降噪耳機(jī)，將產(chǎn)品價(jià)格下拉以進(jìn)入消費(fèi)級(jí)用戶(hù)市場(chǎng)，這是一個(gè)不錯(cuò)的趨勢(shì)。

● 降噪耳機(jī)有啥缺點(diǎn)？

    缺點(diǎn)談不上，最多是個(gè)使用不方便，比如它需要電池供電、體積過(guò)大不便攜、價(jià)格偏貴、馬路上使用容易出危險(xiǎn)等等。如果算的話(huà)，大品牌的降噪耳機(jī)目前來(lái)說(shuō)也都不算太過(guò)便宜，這可能是個(gè)缺點(diǎn)吧。

● 降噪耳機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀如何？

    不是很好。一方面是廠商在不斷的向市場(chǎng)投入新的降噪耳機(jī)產(chǎn)品，另一方面則是消費(fèi)者的“淡定”對(duì)待。從降噪耳機(jī)市場(chǎng)目前整體銷(xiāo)量來(lái)看，絕對(duì)可以算得上是個(gè)小眾市場(chǎng)。

    原因很多，但最重要的還是價(jià)格。愿意花數(shù)千元買(mǎi)一只HiFi耳機(jī)來(lái)聽(tīng)聽(tīng)，但絕對(duì)沒(méi)有數(shù)千元買(mǎi)降噪耳機(jī)的需求。不過(guò)降噪耳機(jī)既然價(jià)格下調(diào)，有這方面需求的人一定會(huì)增多，畢竟我們面臨的日常生活環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，生活中接觸到的噪音也越來(lái)越多

● 什么樣的人需要降噪耳機(jī)？

    商務(wù)人士、空中飛人，這是毫無(wú)疑問(wèn)的。本身降噪耳機(jī)就是因飛機(jī)而生，那么回歸它本身的應(yīng)用就是很自然的事情。不過(guò)，在目前噪音越來(lái)越多的城市中，地鐵、公交也不失為降噪耳機(jī)應(yīng)該合理出現(xiàn)的更好場(chǎng)合。

    要讓降噪耳機(jī)普及，那得再多催生好大一個(gè)規(guī)模的燒包用戶(hù)群體，好大好大的那種。目前的人們對(duì)于降噪耳機(jī)的需求仍然并不算太大，首先是因?yàn)閷?duì)于這類(lèi)產(chǎn)品的了解程度并不高，另外目前的降噪耳機(jī)也越是太昂貴了，不過(guò)首先大家應(yīng)該認(rèn)識(shí)到降噪耳機(jī)的優(yōu)勢(shì)還是相當(dāng)明顯的。

主動(dòng)降噪耳機(jī)確實(shí)很適合飛機(jī)這樣噪聲很大的環(huán)境中使用

    被動(dòng)降噪屏蔽的是高頻噪聲，它更適合一些比較規(guī)則的降噪場(chǎng)景，通過(guò)堆積隔音材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是對(duì)付環(huán)境復(fù)雜，且大量低頻共振噪聲就束手無(wú)策。主動(dòng)降噪通過(guò)麥克風(fēng)拾音，可以有效地處理復(fù)雜環(huán)境的噪音，例如車(chē)內(nèi)、機(jī)艙等環(huán)境。所以說(shuō)，某些特定條件下，主動(dòng)降噪的優(yōu)勢(shì)極為明顯。主動(dòng)降噪對(duì)于低頻噪音信號(hào)的消除有明顯的效果，尤其是空調(diào)、發(fā)動(dòng)機(jī)等噪聲。最多可降低25dB-30dB的環(huán)境噪音。相比于被動(dòng)降噪來(lái)說(shuō)，主動(dòng)降噪的效果更加智能。

BOSE的降噪耳機(jī)產(chǎn)品

    另外在音質(zhì)方面，主動(dòng)降噪在原有的音樂(lè)上加入了降噪處理信號(hào)，勢(shì)必會(huì)造成音樂(lè)純度的影響形成音染。降噪處理芯片、拾音麥克風(fēng)在工作中會(huì)出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致部分非噪音信號(hào)被抵消。這也是為什么許多用戶(hù)發(fā)現(xiàn)主動(dòng)降噪耳機(jī)的聲音細(xì)節(jié)不夠，發(fā)悶的原因。不過(guò)目前已經(jīng)擁有一些品牌在降噪的同時(shí)也更加注意音質(zhì)問(wèn)題，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)，讓我們有理由相信降噪實(shí)現(xiàn)HiFi是可行的。

有些耳機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)啟降噪同時(shí)提升音質(zhì)

    主動(dòng)降噪技術(shù)發(fā)展了數(shù)十年，技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，，正在逐步從高端應(yīng)用延伸到民用市場(chǎng)，所應(yīng)用的環(huán)境也是多種多樣。最根本在于，和被動(dòng)降噪的材料學(xué)相比，主動(dòng)降噪的處理機(jī)制提升空間更大。但技術(shù)封鎖是最令行業(yè)頭疼的問(wèn)題，目前行業(yè)內(nèi)擁有主動(dòng)降噪核心技術(shù)的幾家公司均不會(huì)透露自己的技術(shù)，技術(shù)封鎖顯然對(duì)行業(yè)的發(fā)展不利。

國(guó)內(nèi)一些品牌在今年將致力于將降噪耳機(jī)帶給消費(fèi)級(jí)用戶(hù)

    但這并無(wú)法降噪的發(fā)展，目前已經(jīng)擁有一些國(guó)內(nèi)品牌在自主研發(fā)主動(dòng)降噪技術(shù)，并且在今年將大力推廣主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品。我們面臨的環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，生活中的環(huán)境越來(lái)越大了，將降噪耳機(jī)親民化，帶給大眾消費(fèi)級(jí)人群使用是唯一的目的。

隨著人們對(duì)于生活品質(zhì)要求的逐步提高，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始考慮降噪耳機(jī)的選購(gòu)，旨在保證最為舒適的試聽(tīng)環(huán)境和出色的聽(tīng)力保護(hù)效果，相信這篇文章之后可以幫助越來(lái)越多的用戶(hù)選擇到適合自己的降噪耳機(jī)產(chǎn)品。