文档介绍：降噪耳机原理简介
降噪耳机,是在耳机中设置了专门的降噪电路。一般通过音频接收器(如微型麦克风)和抗噪声输出芯片,通过接收、分析外界噪声的频率并产生与其相反的频率,相互减弱或抵消,从而达到屏蔽噪声的目的。这是我们要探讨的主要内容。
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中/低频噪声(比如100Hz~1000Hz);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、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(图1)。一般来说,主动降噪耳机的是效果非常明显的。
揭秘降噪的原理
看了上面的部分,很多朋友感觉主动降噪耳机的工作过程有趣而又“似曾相识”,事实上这类技术我们很早就有接触。相信很多朋友都有创新的声卡,而在创新声卡中附带了一个名为“Smart Recorder”的录音软件(图2)。这个录音软件带有噪声分析功能,在录音前会先利用麦克风对环境进行录音分析。简单来说,就是个噪声采样过程。这也是专业音频处理软件有效去除持续稳定的背景噪声的方法之一。其原理就是对噪声的波形样本进行取样以后,在后期的处理中对整段素材的波形和采样噪声样本分析,自动去除噪声(图3)。
在噪声信号采样完毕后,Smart Recorder便对采样信号进行分析和保存。而当录制人声以后,Smart Recorder就会调用已保存的采样文件,去掉人声信号中的环境噪声。录音软件的这个降噪过程与降噪耳机如出一辙。下面让我们来看看降噪耳机的实际工作原理。
如图4,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。和前面我们提到的录音软件的降噪过程(噪声采集→录音→合成去噪)不同,耳机的降噪重在“实时”。
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。比如在公路边上用降噪耳机听音乐,如果同步速度不够快,那么耳机就会忽然出现刺耳的声音。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,降噪耳机的关