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主動(dòng)降噪ANC系統(tǒng)，以及在耳機(jī)上的實(shí)際工程應(yīng)用
發(fā)布日期：2021-7-20   點(diǎn)擊次數(shù)：

耳機(jī)的主動(dòng)降噪ANC最近幾年非常熱門，屬于聲學(xué)硬件結(jié)構(gòu)和算法（不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f也是物理和數(shù)學(xué)）結(jié)合非常緊密的應(yīng)用。也是主動(dòng)降噪非常好的應(yīng)用，配合耳機(jī)本身高頻段的被動(dòng)降噪，可以獲得非常不錯(cuò)的效果。


關(guān)于主動(dòng)降噪的書籍和文獻(xiàn)非常多，針對(duì)耳機(jī)應(yīng)用下的主動(dòng)降噪零散的論文也不少。


我個(gè)人看到在科普性和學(xué)術(shù)性結(jié)合得非常好的中文文章應(yīng)該是在公眾號(hào)“子魚說聲學(xué)”上發(fā)表的一系列文章“關(guān)于主動(dòng)降噪耳機(jī)，你想知道的一切”。


我也按自己的理解，先談?wù)勚鲃?dòng)降噪系統(tǒng)，以及在耳機(jī)上的實(shí)際工程應(yīng)用。
當(dāng)兩列聲波具有相同頻率和反相的相位，則會(huì)出現(xiàn)相消干涉，從而聲音能量會(huì)抵消。這是主動(dòng)噪聲控制的物理基礎(chǔ)。下面是個(gè)理想狀態(tài)示意圖。



在實(shí)際應(yīng)用中，初級(jí)噪聲代表原始噪聲信號(hào)，而次級(jí)噪聲代表揚(yáng)聲器主動(dòng)發(fā)出的噪聲信號(hào)，用來抵消原始噪聲。

而想要形成穩(wěn)定干涉，兩列聲波需要滿足：

  • 傳播方向相同
  • 相位差恒定
  • 頻率相同


按是否獲取參考信號(hào)可以分為：
  • 前饋ANC
通過在噪聲源處或等效噪聲源處放置參考麥克風(fēng)或振動(dòng)傳感器來獲取參考信號(hào)，作為控制器的輸入，調(diào)整次級(jí)聲源。
  • 反饋ANC
無參考輸入信號(hào)，僅通過誤差麥克風(fēng)獲取殘余噪聲，并送入反饋控制器，從而調(diào)整次級(jí)聲源。單反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性難保證。
  • 前饋反饋混合性ANC
大致的框架如下圖所示。目前耳機(jī)主流ANC就是類似。


按次級(jí)聲源數(shù)量和麥克風(fēng)數(shù)量可以分為：
  • 單通道ANC
  • 多通道ANC
通過多個(gè)參考麥克風(fēng)、誤差麥克風(fēng)以及次級(jí)聲源，多通道ANC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的降噪效果及更大的降噪空間。但大量的次級(jí)通道數(shù)量會(huì)增加ANC系統(tǒng)的復(fù)雜度，運(yùn)算量會(huì)增加，而且如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性也是需要考慮的點(diǎn)。
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