主动降噪技术是现代耳机行业的主流技术,虽然目前尚属于高端功能,但已经不再是昂贵的高端耳机专用了。事实上,你会发现一些耳塞乃至真无线产品都采用了某种形式的降噪技术。然而,像我们经常说的那样,不同的ANC技术的降噪效果是不同的。
事实上,设计和实现ANC技术是有很多不同的方式的。每一种方式都会影响耳机擅长消除的噪音的质量和类型。下面我们会解释这些类型之间的差异,以及它们对您下次购买耳机的参考意义。
主动降噪简介
简而言之,降噪是基于波形相位抵消原理的。相位相差 180 度或彼此反相的波(例如声波)相叠加时会相互抵消。就像是-1与1相加,最终得到0。噪声消除的原理是采集背景噪声,反转噪声信号创建“抗噪声”信号,然后将其添加到包括音乐在内的输出信号中。抗噪声信号在到达您的耳朵时会抵消实际的背景噪声。这个十分简单的想法最早可以追溯到二十世纪三十年代,但说起来容易做起来难。
噪声消除的最大难题是要足够精准的采集背景声音以提供最大的衰减量。影响因素有很多,麦克风的频率响应有缺陷,电子转换会引入其自身的噪声,当噪声到达你的耳朵时,离开扬声器的抵消波形的相位可能与噪声的相位不完全吻合。这些系统都需要微调,但即便完成这些,也不会有 100% 的抵消。相反,常见的降噪量在-20dB到-30dB左右,足以将背景音量从1/16减少到1/32,一个相当大的量了。
另一个要考虑的关键点是,你在耳机内部和外部听到的噪音是明显不同的。例如,对比封闭的头戴式耳机与普通耳塞,两者的被动噪音衰减效果差异明显。这种声音采集上的差异实际上对主动降噪耳机的质量和性能影响很大。
这就引出了一个问题,为了采集并消除噪声,哪里才是麦克风摆放的最佳位置?在耳机外面,在里面,或者两者兼而有之,效果最好?
前馈主动降噪
前馈ANC可以说是最简单的主动降噪方式。利用前馈技术,采集噪声的麦克风是放在耳机外部的。对于ANC耳塞来说这是比较方便的,因为佩戴者耳内空间小,可放置麦克风的表面积有限。
前馈ANC使用数字信号处理器(DSP)或其他ANC专用的处理硬件,将噪声信号的反相信号映射到耳机内部用户实际听到的声音信号中。为了确保此映射能应用于噪声衰减能达到理想的效果,产品需要调试过程。但此方式比不上麦克风放在耳罩里准确。此外,降噪性能也因佩戴者而异。例如,宽松的佩戴耳机可能会有额外的高频噪声进入耳罩内,而处理机制中并不会消除这些额外的声音。
将麦克风放在耳机外面有利有弊。外部麦克风具有最佳的噪声灵敏度,适合中频降噪。因此,它可以用于隔离特定的声音,如语音或者交通声,以实现更先进的 ANC 和环境声控制技术。然而,前馈 ANC 对风啸和其他形式的短脉冲高频背景噪声更敏感。这类声音可能造成麦克风短暂失效,声音进入耳罩内就不会被采集然后消除,甚至可能会被放大,造成困扰。
反馈 ANC
反馈ANC与前馈相反,麦克风放置在耳罩内或佩戴者的耳塞内。然而在耳机侧如何选择合适的位置是一系列新的难题。其主要优势是,不管耳机的佩戴位置和宽松情况如何,麦克风采集到的信号能准确地反映佩戴者听到的噪音。你可以认为它是某种意义上的自我修正。这也使耳机更能抵抗风啸,但设备会损失高频降噪灵敏度,因为很少会有高频噪音能从耳机外部传进耳罩内。
这一技术类型还需要一个处理器来进行噪声滤波。举个例子,反馈降噪需要应对这样的情况——内部麦克风也可能采集到用户的音频信号,这就需要过滤掉,并根据佩戴时耳机的频率分布进行校正。
同所有反馈系统一样,反馈ANC系统存在失控放大的风险。有一个很小的风险是,系统拾取了自己的抗噪声信号,然后通过提升放大水平来试图消除它,但实际上会增加噪声量甚至产生响亮的反馈声。这种情况十分罕见,但确实可能出现在没有采取足够预防措施的模型中。因为处理的是已经十分接近耳朵的音频,反馈设计的处理时间也更少。因此,反馈ANC在处理波长较长的低频时最有效。
复合ANC
复合主动降噪可以提供两全其美的方案。正如你猜到的一样,它结合了前馈和反馈的麦克风和处理过程,涵盖了前面讲到的所有的基础理论。
使用复合ANC技术,能得到最佳的降噪频率覆盖范围和最低出现问题的概率。此外,复合ANC还可以用于环境噪声和隔音功能,同时保留反馈ANC精确、量身定制的优点。
复合ANC的缺点是成本更高。不仅要用到2个麦克风,而且要使用高品质麦克风以避免引入额外的噪音。耳机还需要更强大的专用处理硬件来处理额外的数学运算。研发人员要对所有频段和性能进行加倍测试,以最大限度地提高降噪性能。这些产品是市面上最昂贵的耳机,同时也提供了最高品质的ANC效果。
虽然制造商们鲜少谈及其降噪技术的来龙去脉,但是对这三种主要分类了解得更清楚,在购买产品时就更容易下决定。如果使用反馈ANC产品遇到问题,或者感觉高频噪声衰减不足,你可以考虑从反馈类产品换为前馈类产品。又或者,如果降噪水平不稳定,也许可以从前馈类产品改为其他类型。虽然无法绝对保证质量,但可以考虑复合式ANC产品,也许它能提供一个远离噪音的安静的聆听环境。
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翻译:Kristy
发布:中秋快乐鸭
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