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主动降噪耳机工作原理

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发表于 2014-11-24 10:54:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

前言

当你戴上一种经过特殊设计的耳机时,外界的噪声将不再对你造成干扰。这就是降噪耳机给我们带来的享受。为什么降噪耳机能有如此神奇的表现?本文将带你走进降噪耳机的世界。

降噪耳机的分类

可有效降低环境噪声的耳机被我们称为降噪耳机。客观来说,几乎所有耳机在设计之初都考虑到了如何降低外界噪声,但降噪耳机却在降低噪声方面进行了更多的考虑,有着更突出的表现。
降噪耳机按照原理主要分为两种:一种是被动降噪(Passive Noise-Cancelling)耳机,另一种是主动降噪(Active Noise-Cancelling )耳机。所谓被动降噪耳机,就是通过耳机上的隔音材料或者是特殊的结构,尽量隔绝噪声。  
常见的入耳式耳塞和大耳罩设计的耳机,都可以划分为被动式降噪耳机。即便下面我们介绍的主动式降噪耳机,也都加入了被动降噪耳机的设计。
主动降噪耳机,在被动降噪的基础上,另外在耳机中设置了专门的降噪电路。通过音频接收器(如微型麦克风)降噪芯片,通过接收、分析外界噪声的频率、幅度、相位并驱动喇叭产生与其频率一致、幅度相等、相位相反的频率,相互减弱或抵消,从而达到屏蔽噪声的目的。  


消除噪音的过程  

主动降噪耳机从开始运作到人耳听到声音的过程,总共可分为几个步骤:
首先,由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的噪声;接下来,将噪声信号传至降噪电路,降噪电路进行实时运算;在降噪电路处理完成后,产生的信号通过扬声器发生与噪声相位相反、频率振幅相同的声波来抵消噪声;最后,我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失了。  
简而言之,就是利用微型麦克风采集噪声,通过降噪电路将噪声相位反相180度,并产生对应的抗噪声相互抵消。一般来说,主动降噪耳机的效果是非常明显的。工作原理示意图如下:

A为噪声信号,B为反向补偿信号,C为余留噪声信号。在实际听音过程中,我们听到的所有声音都能分解为不同波长和振幅的声波信号,并可用波形图像表示出来。当主动降噪耳机通过麦克风采集到环境噪声以后,传给降噪电路对噪声波形进行分析,然后实时产生振幅相同、相位相反的波形进行抵消。抵消之后的声音振幅(能量)就降低了,原来听起来很吵的噪声就会变小,而倘若两个声波振幅刚好相等的话,噪声就会完全消失。
通过加入同步反相信号消除噪声就是降噪技术的基本原理。可是从实际来说,恰好完全抵消的情况很难实现,但在进行有效的减弱以后,人耳已经不是很敏感了。降噪的原理虽然很简单,但是实际的情况要复杂很多。
因为我们所听到的声音不只一个频率,而是由很多种不同频率的声音混合而成,同时这些声音的频率和振幅还在不断的变化着。因此,在对噪声信号进行采集之后,必须在同一时间完成不同频率信号的解析和生成同步反相信号这个步骤。只有这样才能实现降低噪声,否则时间间隔过长就起不到降噪的作用了,甚至还会增大噪声。这是因为外界噪声的频率突然发生变化,但耳机解析噪声和生成同步反相信号的速度不够快,从而生成的信号没有在反相时及时与噪声信号叠加抵消,而是在同向时发生了叠加,使噪声信号不仅没有被消减,反而加强了。可见,主动降噪耳机的关键是降噪电路的实时处理能力,而高端主动降噪耳机的优势也在于此。

降噪系统的实现方案一般有两种:直接内置于耳机的耳罩当中和外置降噪系统。第一种方案,降噪模块被直接放到了耳机的耳罩当中,通过电池进行工作。一般来说,主动降噪耳机都设计了电源开关,当安静环境下不需要使用降噪功能时,直接关闭电源即可。
而外置降噪系统的方案则相对比较灵活,降噪模块被设计到了线控装置中。这样用户就可以使用轻便的耳塞,不仅减轻了头部负担,而且佩戴也比较方便,搭配MP3MP4等便携设备非常理想。

最后,我们还是希望能注意主动降噪耳机的正确使用方法:
1.音量不可太大,一般为能听得清楚,耳朵无不适感为佳。
2.单次听音时间不可太长。最好听一段时间休息一下。  
3.切忌在户外活动(如骑车、驾车、步行穿越公路)时使用主动降噪耳机,毕竟人身安全应被放在首位。

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发表于 2014-11-24 17:58:37 | 显示全部楼层
涨知识了, 感谢分享
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电力强劲 该用户已被删除
发表于 2016-10-27 16:33:19 | 显示全部楼层
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gxzzp 该用户已被删除
发表于 2016-11-18 16:24:27 | 显示全部楼层
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发表于 2018-11-2 16:01:55 | 显示全部楼层
系统的方案则相对比较灵活
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