主动降噪耳机技术论文

主动降噪耳机技术论文

摘要：主动降噪技术运用到耳机中仅是这种技术的开端，尽管其成本比传统耳机高出许多，但在某些特定的条件下，这也许不是很重要的，因而主动降噪耳机的未来必然会有突破性的发展。

1 引言

随着电子产品消费市场的不断发展，耳机作为方便灵活，私密性强的音乐伴侣或许是被拥有最多的一种电子产品，越来越多的人们使用耳机进行日常通话或者聆听音乐。然而城市的噪声污染越来越严重，在室外使用普通耳机耳塞只能提高音量来盖过噪声，这样一来不但不能享受美妙的音乐，对自己的听力也有很大的影响，因此如何抑制来自周边的噪声干扰也成为用户最为关心的问题。

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。

降噪耳机按照原理分为被动降噪（Passive Noise-Cancelling）耳机和主动降噪（Active Noise-Cancelling）耳机。所谓被动式降噪耳机就是利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开，主要通过耳机上的隔声材料或者特殊结构尽量阻挡噪声，比较典型的有入耳式耳机、大耳罩式耳机等。这种方法原理简单，降噪成本低，但效果略为逊色，且由于使用了高密度的隔声材料，耳机较重，佩戴不舒服。

主动降噪耳机则完全从消除噪音本身出发，主动消除干扰，在耳机中设置了专门的降噪电路，降噪效果比被动式耳机要好。当然，大

部分主动降噪耳机也都加入了被动降噪耳机的设计，这些并没有严格的界限，毕竟目的只有一个：如何更有效的降低环境噪声。因而主动降噪耳机在关闭主动降噪开关时，仍然可以作为普通耳机使用。

2 主动降噪耳机的工作原理

可以认为所有的声音都由一定的频谱和能量组成，如果找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，而相位刚好相反（相差180°），通过两者的反相叠加，理论上就可以将这噪声完全抵消掉。实际采用的办法是，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；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；最后，在耳机播放音乐的同时加入和外界噪声“相反”的声波，从而将噪声抵消。

图1中，A曲线为噪声信号，B为反向补偿信号，C为余留噪声信号。在实际应用中，当降噪耳机通过采集到环境噪声以后，传给降噪电路对噪声波形进行分析，然后通过扬声器实时产生振幅相同、相位相反的波形（B曲线）进行抵消，形成平缓且振幅很弱的C曲线（声波），从而消除噪声干扰。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。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，但如何实现高品质的降噪效果却并不简单，特别是滤波电路的设计及生产过程控制更加

关键，而高端降噪耳机的优势也在于此。

3 主动降噪耳机的缺点

主动降噪耳机也并非十全十美，也存在一些亟待克服的缺点。首先，我们需要明白的是，降噪这一过程并不是在电路内消除噪声，而是利用声学上的“掩蔽效应”，在一个声音空间内抵消噪声，如果降噪系统设计得不完美的话，用于降噪的声音和环境噪声没有相互抵消而是产生了叠加，就不是降低噪声，而是将其增强了。事实上，降噪电路也不可能完美工作得总是能实时应付各种层出不穷的噪声，总会有处理不好的时候。这也是厂商在研发阶段就需要面对的问题。

对于用户而言，主动降噪耳机的局限性主要表现在价格昂贵，并且需要电池供电，额外增加了耳机的重量。此外有些主动降噪耳机在低频噪声下应对快速变换的噪声可能失效，引起另一种形式的“丝丝”声。最后降噪耳机的使用环境也有局限性，比如在马路上使用，有可能忽视了汽车警告喇叭声等。这些都是用户使用前需要考虑到的。

4 降噪耳机的未来

在众多主动降噪耳机中，降噪原理基本是通用的且多年没有变化，主动降噪耳机的发展似乎遇到了自己的瓶颈。瓶颈在主动降噪技术上，而各厂家又都想把自己的产品变成市场中的王者，于是将关注点放在了其他方面。

虽然，在专业领域，先进的技术和优良的品质永远是第一位的，但在消费品领域，除了品质外，价格、方便和兼容性更重要。高高在

上的价格，或许已经超越了耳机作为应用产品的范围，难以代表耳机的技术和发展未来。而日渐流行的拥有降噪功能的无线耳塞式耳机，一是摆脱了线缆的羁绊，二是通用性更强，三是产品丰富，价格适中，应该是消费类耳机发展的新生力军。

最后，需要指出的是，主动降噪技术运用到耳机中仅是这种技术的开端，尽管其成本比传统耳机高出许多，但在某些特定的条件下，这也许不是很重要的，因而主动降噪耳机的未来必然会有突破性的发展。

参考文献

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[2]杜功焕，朱哲民，等.声学基础[M].南京：南京大学出版社，2003：54-61.

[3]刘日山，黄敬党，等.噪声主动控制的进展及发展趋势[J].福建师范大学福清分校学报，2008（2）：56-59.