主动式降噪(ANC)之原理与分析


我们在选购耳机的时候,经常会看见这样一种描述——主动降噪(ANC),现在很多耳机会把主动降噪作为其核心卖点进行介绍。什么是主动降噪?它的原理是什么?


要说清楚“主动降噪”,我们先来了解什么是“被动降噪”。现在,你可以拿出你的双手,捂住耳朵,是不是发现外界的声音小了(废话- -!)。这就是典型的被动降噪。说白点,被动降噪就是用某种方法隔绝外界噪音,以达到降低噪音的目的。


0.jpg


什么是主动式降噪(ANC)?


相信听到主动式降噪的人们一定会非常好奇,到底原理是甚么? 生活上最常听到这词的,莫过于应用于耳机上的主动式降噪耳机了,希望透过详细的说明,能够让读者更了解主动式降噪(ANC)的原理以及相关的优缺点。


原理:主动降噪就是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波,将噪音中和,从而实现降噪的效果(请参考下图)。


v2-c34b1454367956a84820db2a664cf353_720w.jpg


主动式降噪耳机:


若是经由于耳机内之麦克风,主动侦测人耳可听到之环境低频噪音(100-1Hz),然后将噪声信号传至控制电路,让控制电路进行实时的运算,通过喇叭发射与噪音相位相反、振幅相同的声波就能够抵销噪音。 


主动式降噪耳机带有与外界噪声抗衡的降噪电路,为了透过硬件机制达到降噪效果,内部组成为拾音器(环境噪音)、处理芯片(分析噪音)、扬声器(产生反响声波),以便完成整个降噪过程。 


<线路图参考>


2.jpg


主动式与被动式区别:


事实上降噪耳机分为主动式降噪耳机和被动式降噪耳机。相对于主动式降噪耳机,强调隔音机制之耳机称为被动式抗噪耳机或隔噪耳机,但机制和主动式不同,主要目的为隔绝防止噪音进入耳道,也就是靠耳塞的材质与紧密度等等决定。 


主要实现方式:


从降噪功能的实现来看,目前主动降噪分为前馈、反馈、复合式(前馈+反馈)三种形式。前面也提到,主动降噪耳机需要“通过麦克风采集周围环境噪音”,所以根据麦克风位置的不同,也就有了上述的三种形式[1]。


前馈式:将采集麦克风置于耳机外侧


3.jpg


反馈式:将采集麦克风置于耳机内侧


4.jpg


复合式:耳机内侧与外侧均安装采集麦克风。


5.jpg


一般情况下,复合式降噪的效果会优于前馈式与反馈式。


主动式降噪的好处:


抗噪机制使人不提高过多音量即可享受音乐。也可不放音乐只是使用降噪功能,帮助飞机或列车之乘客睡眠。并且不因为环境噪音过大而开启过多音量之音乐,导致长期伤耳。


主动式降噪真的无懈可击?


抗噪耳机通常使用ANC 消除低频噪音,以主动方式消除高频噪音效果不佳(也就是人声的部分)。因为人耳所能听到的频率是20HZ-20KHZ,人声的频率范围是100HZ-8KHZ,大部分环境和车辆噪音是在100HZ-1KHZ范围内,市面上的主动降噪耳机降噪频段是100HZ-1KHZ,即使一些好的降噪耳机,最多提升个几百HZ,覆盖不了语音的全频段,因此对于语音的降噪效果达不到环境音的降噪效果。所以高频噪音仍然得依靠传统隔音机制(即被动抗躁),同时这也可简化复杂的电子电路装置。真正要完全消除高频噪音,传感器和麦克风必须置放于听者鼓膜旁,因此技术上来说目前还无法实现。


降噪耳机损伤听力吗?


目前没有任何证据表明降噪耳机会损伤听力。恰好相反,不仅不会伤害听力,反而会保护耳朵。


举个例子:


1.你在嘈杂的地铁上,用普通耳机听歌。音量调到中等,你发现根本啥都听不到。于是,你把音量开到最大,终于听到了——注意,此时音量已经过大,对听力会造成损害。只是由于周围环境噪音太大,你的感觉不太明显。


2.你在嘈杂的地铁上,用主动降噪耳机听歌。关键点来了,此时主动降噪抵消掉的是环境噪音,所以此时你听歌,发现中等音量有点小声,稍微调大点就好了。不过,主动降噪并不能屏蔽掉所有背景噪音,所以建议听一段时间也要休息一下耳朵。


降噪耳机虽好,但还是记得每戴一段时间,取下来休息一下哟~