主动降噪设计---ANC技术原理及其应用

2020.06.281

1.降噪分类

什么是降噪：

降噪，顾名思义就是减少噪音对人的影响，或是利用一定的手段和方法对噪音对行降低或消除

降噪分类：

1.被动降噪

2.主动降噪

被动降噪是是耳机技术的一种，通过耳机结构包围耳朵形成封闭空间或采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声来达到降噪效果。由于噪音没有经过降噪电路芯片处理，只能靠加大夹持力，填充隔音或消音材料，一般只能阻隔高频噪声，对低频噪声降噪效果不明显。如下图为被动降噪耳机几种形式

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按照使用材料和部位又可分为减振噪声治理、吸音噪声治理和隔音噪声治理。在大多数情况下，通常是多种方法复合使用

在很多场合被动降噪耳机也称为劳保耳机，下图即为被动降噪图

按照使用材料和部位又可分为减振噪声治理、吸音噪声治理和隔音噪声治理。在大多数情况下，通常是多

种方法复合使用。

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主动降噪

主动降噪的发展史：

人类与噪音的斗争可以追溯到原始社会，那时候的人没太多科学知识，打个雷都会用手捂住耳朵，这也是人类最早的主动降噪手段了，一直沿用至今。

所以隔音的手段历史悠久，发展到今天衍生出很多相关产品：耳塞、隔音棉、隔音板等，后来人们发现这种手段的隔音效果有限，所以也不断的探索更多的方法比如用其它声音来盖过噪音，比如听音乐，加大声音音量就是一个不错的选择。

于是，在遇到隔壁装修的时候，很多人会戴上耳机或是调大音箱音量

但是夹杂了噪音的音乐，其本身也成了噪音，这也不是降噪的终极目的，为了听更纯粹的韵，主动降噪耳机由此产生。

1978年，BO S E的创始人A m a r G.B o s e博士在从欧洲飞往波士顿的飞机上，发现了飞机的引擎噪声干扰了他戴耳机欣赏音乐的兴致，这就激发了他对主动降噪技术研究，在下了飞机后就开始推导验算，写出了主动降噪耳机的最原始的方程式。

世界上的第一台降噪耳机也由此诞生，与所有的高精尖技术一样，这项在当时看来先进的技术在当时也应用到了军事领域。

直到1989年，B O S E才将此技术投入量产，专供飞行员使用，此耳机一面市便得到美国军方的大单

据说美国军方通过给飞行员/地勤人员佩戴降噪耳机，节约由于噪音致残而需发放的补偿金高达2亿美金

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其实主动降噪的原理并不复杂，就是通过收集噪声，然后经过内部的降噪电路运算后发出这些噪声的反向声波来抵消噪音。

原理简单，但在实际应用中有一个非常关键的问题，那就是噪音的各类、频率都不一样，而且噪音的传递速度很快，总不能噪音已经到耳朵里了，而这边电路运算还没有完成，那这样就没的玩了

所以，如何在不同的噪音传递到耳朵之前就能辨别清楚然后释放出对应的声波进行抵消，这就是降噪技术的关键

因此，解决噪声的办法就是提前预判，通过收集当前噪音，对未来将要产生的噪音进行预判，在恰当的时候给出“未来噪音”的反向声波，从而在下一波噪音抵达耳朵前就已经做好准备，然后轻松的将噪音进行降低和消除

在科技发展的今天，这项技术不止局限于耳机方面，在汽车上、工业作业地点等都已经在大范围的应用降噪技术，可以说降噪技术的前景还远远不止这些。

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降低噪音通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是：所有听到的声音都是声波，都有一定的频谱构成。如果可以找到一个声波，其频谱与所要消除的噪声幅值相等，相位刚好相反（相差180°），两者叠加就可以将噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声本身着手，用麦克风监听噪声，再设法通过电子线路产生一个反向声波并通过扬声器播放出来。由此看来，有源消声这一技术实际上是“以毒攻毒”。

声音是物体振动产生，而振动在弹性介质中的传播形式就是声波，处于一定频率的范围内的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。噪音通常定义为“不需要的声音”，是一种环境现象。人一生都要暴露在噪声的环境，噪声也是一种由人类各种活动产生的环境污染物。振动是物体的一部分，没直线或曲线并经过平衡位置所做的往复的周期性运动，它广泛的存在自然界和工程界。

既然振动是噪声之源，减振降噪实践中，通过解决振动就可以有效解决噪声问题。在觉的噪声治理中，金属薄板振动如空气动力机械的管壁，机器的外壳，车体和船体等一般均由薄板制成，当设备运行时，这些薄板都会产生振动，进而辐射噪声，像这类由金属板结构引起的噪声称之为结构噪声。对于这种金属板辐射噪声有效控制方法有以下方法：

1.在设计上尽量减少其噪声辐射面积，去掉不必要的金属板面

2.在金属结构上涂上一层阻尼材料，利用阻尼材料抑制结构振动、减少噪声，这种方法我们称为阻尼减振，便是一种主动的降噪技术

主动降噪技术（A N C）的原理：

主动降噪就是通过反相检测麦克风的声音或噪声来减弱周围环境的噪声让扬声器出来的声音听起来更清晰。主动降噪技术的目标就是通过一个自适应滤波器把不想要的的噪声反相从而把噪声约束到固定的范围内。该系统必须要把扬声器到麦克风的二阶误差考虑进去。主动降噪的主要原理是：F x LM S（过滤的最小的均方差滤波器）。

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这个算法的会让输入到滤波器的错误信号急速锐减，从而达到降噪目的。这个错误信号在期望值和F xL M S滤波器输出值之间是有误差的。

这个算法模型：

输入参数：

——参考输入：就是要消除的噪声

——错误输入：降噪加入的噪声加扬声器的输出声音

——适配开关

——参考滤波器输入：二级路径的参考滤波信号，所谓的二级路径就是F x L M S滤波器输出值反馈到F x L MS 滤波器的错误输入

模型的输出：

——降噪后的结果

可调参数：

——自适应滤波器长度

——自适应步长

——泄漏因子

用下面的图来诠释这个流程：

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