耳機主動降噪技術的分析與研究

楊柳

摘 要： 日常生活中，電子產(chǎn)品隨處可見，電子產(chǎn)品消費市場呈現(xiàn)高速增長狀態(tài)，人們對于電子產(chǎn)品的追求越發(fā)強烈，對于電子產(chǎn)品品質(zhì)更加看重。耳機作為現(xiàn)代社會廣泛應用的電子產(chǎn)品之一，人們對其的降噪效果要求嚴格?；诖?，本文就耳機主動降噪技術展開研究，首先闡述了主動降噪耳機的降噪原理，其次對其系統(tǒng)和結構進行了分析，使人們能夠?qū)χ鲃咏翟攵鷻C有初步的了解和認識。

關鍵詞： 電子產(chǎn)品;耳機;主動降噪技術;分析

【中圖分類號】TN643 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）11-0235-01

降噪耳機能夠有效降低外界噪音，可以分為被動降噪和主動降噪兩種，被動降噪，是使用非常厚的耳罩來阻擋外面的噪聲，整體結構厚重，佩戴舒適度不佳。而主動降噪則是基于徹底消除噪音，將外界干擾消除，內(nèi)部會設置降噪線路，效果更佳，佩戴感更好，更受人們歡迎。因此本文主要對主動降噪耳機進行分析和研究。

1 主動降噪耳機概述

主動降噪耳機利用專門的降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪聲相反的聲波，中和處理噪音，進而達到降噪目的。其是圍繞消除噪音，主動處理噪聲，耳機中配置專門的降噪電路，對于低頻噪聲而言效果更加顯著。主動降噪耳機內(nèi)的系統(tǒng)通過收集分析噪音，之后利用內(nèi)置電路進行處理，進而產(chǎn)生與之相位相反的噪音，彼此相互抵消。低頻段聲音的聲波較長，其在一定空間中相互干涉較為容易達到，因此，主動降噪耳機技術可以有效消除低頻段噪音，其也可以作為被動降噪耳機補償設計。

2 耳機主動降噪系統(tǒng)及其結構

2.1 主動降噪系統(tǒng)

（1）開環(huán)系統(tǒng)

耳機的主動降噪系統(tǒng)是利用其中的噪音采集器收集并處理噪音，進而產(chǎn)生相應的抗噪信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，傳聲器位于耳機耳罩外側，其收集的噪聲由方向放大器進行處理后可以得到相應的抗噪信號，進而與噪音信號相互抵消，以減少外部噪音對其的影響。抗噪信號十分重要，其可以將外界噪音影響降低，使原始聲音更清晰。一般情況下，主動降噪開關系統(tǒng)可以降低15-20dB噪音，該系統(tǒng)的最明顯優(yōu)勢在于設計簡單，相較于其他類型的耳機而言，該系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)人對耳機降噪的需求，但是對于音質(zhì)要求更高的使用者則無法滿足其要求。這是由于該系統(tǒng)是在耳罩為設置噪音采集器，采集的噪音和耳罩中實際噪音有所差異，通過系統(tǒng)處理后得到的抗噪信號也有所差異。

（2）閉環(huán)系統(tǒng)

如果降噪耳機中的噪音收集器位于耳罩換能器前，則主動降噪系統(tǒng)可以通過收集噪音信號形成精確的抗噪信號，這時噪音收集器會收集耳機內(nèi)換能器聲音和耳罩內(nèi)部噪音（人們可聽到的噪音），該信號即為糾錯信號，這一系統(tǒng)也就是閉環(huán)系統(tǒng)。事實上，噪音是一種非線性變化，利用系統(tǒng)中的校正信號間這種變化降低甚至消除。耳機中的噪音收集器位于耳罩中，其收集的信息屬于混合聲，因此，系統(tǒng)要對其處理分離，之后利用反相抗噪信號作出補償，以將閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的噪音消除掉。由于抗噪信號要重新結合所需信號，最終在耳機換能器中重現(xiàn)，整個過程是一個反饋過程，其在有些情況下會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象[2]。

（3）自適應系統(tǒng)

開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)都是通過模擬濾波器來產(chǎn)生相應抗噪信號，達到降噪目的的，而這種數(shù)字濾波器功能強大，設置簡單，主動降噪中的自適應系統(tǒng)也會應用數(shù)字濾波器，也就是自身硬濾波法，其利用計算能力糾正相位和幅度錯誤。例如頭戴式主動降噪自適應系統(tǒng)，其利用耳機頂部噪音收集器收集噪音信號，在此基礎上利用自適應濾波器在耳機系統(tǒng)模型轉移函數(shù)計算下對耳機內(nèi)部噪音進行預測，之后系統(tǒng)將其反相后結合疊加所需音頻信號，進而傳輸?shù)蕉鷻C中的換能器中。耳罩中的噪音收集器能夠獲取實際噪聲，經(jīng)過處理得到精準誤差信號，之后利用濾波器處理得到抗噪信號。

2.2 耳機元件結構

（1）傳聲器

對于主動降噪耳機而言，其中都包含傳聲器和次級聲源，復合式主動降噪耳機中有2個傳聲器和1個次級聲源，其中一個用于獲取外部噪聲，也就是參考傳聲器，另一個用于獲取內(nèi)部噪音，也就是誤差傳聲器。根據(jù)主動降噪耳機實際需求，傳聲器需要保持小體積、高度靈敏等特征，因此，可以選用駐極體傳聲器。非聲學領域中的駐極體是可以長時間保持電極化的高分子聚合物材料，聲學領域中的駐極體通常應用該材料來制造送話器麥克風，在主動降噪系統(tǒng)中可以作為傳聲器。駐極體傳聲器的組成包括1個金屬電極與1個駐極體薄片，二者之間空氣間隙，與駐極體共同構成絕緣層，進而組成電容器結構。由于駐極體可以長期處于電極化狀態(tài)中，因此，在其薄膜上會出現(xiàn)自由電荷，這種電容器中的兩級間會出現(xiàn)感應電荷。隨聲音振動，駐極體薄片也會隨之振動，兩級間會出現(xiàn)位移現(xiàn)象，其內(nèi)部電容值會隨之產(chǎn)生變化。當前，主動降噪耳機中常用的產(chǎn)傳聲器就是駐極體傳聲器。

（2）次級聲源

次級聲源就是各種揚聲器，其可以使電能轉成聲音，進而輻射出去。揚聲器類型比較多，按照輻射方式其可以分成直接和間接兩種輻射。其中，直接輻射就是振膜可以與揚聲器直接完成空氣耦合，其結構簡單，性能好，成本低，在主動降噪系統(tǒng)中被廣泛應用。而間接輻射的揚聲器振膜是利用聲腔與空氣耦合，其本身效能高，但是所需功率更大。通過分析各種揚聲器特點發(fā)現(xiàn)，主動降噪耳機中應用的揚聲器為電動式聚合物盆直接輻射揚聲器，一致性和靈敏性最好，降噪效果最佳。

結束語：當今社會，主動降噪耳機產(chǎn)品的應用十分廣泛，但是在眾多同類耳機中，降噪原理基本一致。而對于人們來說，選擇主動降噪耳機時不僅需要關注其降噪技術和降噪效果，同時還需要注意耳機的價格與兼容性。大部分耳機的降噪性能很出色，但是其價格很高，對主動降噪耳機的未來發(fā)展產(chǎn)生了一定影響，對此，需要加大研究相關技術，提高技術的同時降低成本。

參考文獻

[1] 魏嵬.耳機主動降噪技術中國專利申請狀況分析[J].電聲技術，2019（11）.

[2] 王世強.歌爾與Synaptics合作開發(fā)適用于USBType-C耳機的主動降噪技術[J].計算機與網(wǎng)絡，2018，044（004）：74-75.