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主動降噪ANC系統(tǒng)，以及在耳機上的實際工程應(yīng)用
發(fā)布日期：2021-7-20   點擊次數(shù)：

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


關(guān)于主動降噪的書籍和文獻非常多，針對耳機應(yīng)用下的主動降噪零散的論文也不少。


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


我也按自己的理解，先談?wù)勚鲃咏翟胂到y(tǒng)，以及在耳機上的實際工程應(yīng)用。
當兩列聲波具有相同頻率和反相的相位，則會出現(xiàn)相消干涉，從而聲音能量會抵消。這是主動噪聲控制的物理基礎(chǔ)。下面是個理想狀態(tài)示意圖。



在實際應(yīng)用中，初級噪聲代表原始噪聲信號，而次級噪聲代表揚聲器主動發(fā)出的噪聲信號，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或振動傳感器來獲取參考信號，作為控制器的輸入，調(diào)整次級聲源。
  • 反饋ANC
無參考輸入信號，僅通過誤差麥克風獲取殘余噪聲，并送入反饋控制器，從而調(diào)整次級聲源。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。目前耳機主流ANC就是類似。


按次級聲源數(shù)量和麥克風數(shù)量可以分為：
  • 單通道ANC
  • 多通道ANC
通過多個參考麥克風、誤差麥克風以及次級聲源，多通道ANC系統(tǒng)可實現(xiàn)更優(yōu)的降噪效果及更大的降噪空間。但大量的次級通道數(shù)量會增加ANC系統(tǒng)的復雜度，運算量會增加，而且如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性也是需要考慮的點。
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