能够有效降低外界噪音的耳机被称之为降噪耳机，客观来讲基本所有耳机在设计阶段都考虑过了如何有效降低外界噪音影响，但是主动降噪耳机却在此方面表现更加突出。降噪耳机根据设计原理可以分为两大类，即主动降噪与被动降噪。被动降噪耳机主要是通过物理隔绝或者耳机上的特殊结构尽量阻挡噪音污染的影响，较为典型的被动降噪耳机有入耳式耳机以及大耳罩耳机，这些方法原理较为简单，同时降噪成本较低，但是效果与主动降噪耳机相比较差距较大，并且因为会使用高密度的隔绝材料，因此耳机就会略显称重，会对佩戴的舒适感产生一定的影响。主动降噪耳机则是从完全消除噪音影响出发，主动消除外界干扰，耳机内部会具有专门的降噪线路，降噪效果比被动降噪耳机要好许多。当然大部分的主动降噪耳机也都会加入一些被动降噪耳机的设计，这并没有严格的划分，毕竟两者都有一个共同降低噪音的目的。
1DSP智能降噪耳机相关概述
最近几年我国各个区域都具有着大大小小的建设项目，而这些项目的运营又会产生大量的噪音。除此之外，在其它场所也会存在许多噪音，这些噪音会引起人们烦躁的不良情绪，有些弱音量过高甚至会对人们的身体产生危害，最为直接的就是对听力造成严重的负面影响。因此对于这些无可避免的噪音干扰，如何有效进行降噪处理就显得尤为重要。DSP具有处理快、可行性高、效果好等特点，基带信号处理最为常用的一种方案。DSP的高速接口会直接连接于板内及板外的器件之上，主要运用高速数据的通信，具有着价格低、能耗低、失真低等优点，从消除噪音上来讲可以主动对噪音进行处理消除干扰。现阶段基于DSP的智能降噪耳机，无论是在佩戴的舒适性还是便携性上都具有着较大的改变，既可以有效保留原有耳机所具有的音质，在不使用降噪功能时仍然可以具有着较高的音质。通过DSP技术，能够将噪音转化为电信号，之后通过硬件内的运算电路将噪音信号转换为反向信号，以此中和噪音。在整个过程中首先需要完成对噪音信号的采集工作，在同一时间内完成对不同频率信号的解析与生成同步的反向信号，这样才可以确保实时降噪。除此之外，还有许多智能降噪耳机都是在原有耳机基础之上进行改进的，所以在一定程度上难以保留原有耳机的音质，在不使用降噪功能时音质表现一般。但是基于DSP技术的降噪耳机则可有效避免此类问题，实现智能化降噪，即便当新噪音出现，该耳机也可以将噪音降低至人们无法感受到的程度，将降噪电路可能产生的负面影响降低到最小，DPS智能降噪耳机拥有者广泛的应用范围，如在交通工具及特点的噪音场所。
2耳机主动降噪系统分析
2.1耳机主动降噪开环系统分析
耳机主动降噪系统通过所携带的噪音采集器收集噪音并进行处理,产生相对应的抗噪信号。当处于开环系统中时,传声器主要放置于耳机耳罩的外部,将所收集到的噪音信号经过方向放大器处理获得相对应的抗噪信号,之后再与所获得的噪音信号相互融合抵消,就能够降低外界噪音影响。抗噪信号是非常重要的,它能够降低外界噪音的影响,让原始的声音更加清晰。通常主动降噪开环系统能够降低大约15～20dB,耳机主动降噪开环系统最大的优势就是设计简单,与其它系统类型的主动降噪耳机相比较,虽可以满足大部分人的需求,但若使用者对音质有着更高的要求,此系统就无法有效实现。因为主动降噪开环系统的噪音采集器在耳罩外,因此所收集到的噪音与耳罩内实际听到的噪音是不同的,经过系统处理所得出的抗噪信号也不一样。当噪音经过耳罩再加上内部的反射作用,噪声已经发生了一定程度的改变。
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2.2传声器
通过对主动降噪耳机系统结构分析可知，无论是前馈式还是反馈式主动降噪耳机都包含了一个传声器以及次级声源。复合式的主动降噪耳机还会包括两个传声器及一个次级声源，一个会用于收集外部噪音，可以被称之为参考传声器，另外一个则用于收集内部噪音，被称为误差传声器。针对主动降噪耳机的实际应用场景需求，传声器应具备体积小、灵敏度高、频响好等特点，在种类繁多的传声器中，驻极体传声器是非常不错的选择。非声学专业方面的驻极体主要是指能够长期保持电极化状态的高分子聚合物材料，而上学专业方面的驻极体是采用此材料制作的送话器麦克风，它具有体积小、频率宽、失真低以及成本低等优势，非常适用于主动降噪系统中做传声器。驻极体传声器由一个金属电极和一个驻极体薄片所构成，其中金属电极中开有一个小孔，驻极体薄片背面会涂有金属层，两者之间存在着一定的空气间隙，与驻极体共同成为两个导体的绝缘层，最终形成一个电容器结构。因为驻极体能够长时间保持电极化状态，所以驻极体薄膜会上会产生自由电荷，这样电容器内的两级之间就能够产生感应电荷。随着声音所引起的振动会带着驻极体薄片产生振动，两级之间就会发生位移，内部的电容值也会发生变化。国内目前具有许多驻极体厂家，一般每只仅在几元钱以内，这也是目前主动降噪耳机最为常用的传声器。
2.3耳机主动降噪自适应系统分析
上述所讲的开环与闭环系统都是通过采用模拟滤波器的方式来产生相对应的抗噪信号,而数字化的滤波器功能会更加强大,设置也非常简单。主动降噪自适应系统中数字滤波器所采用的方法叫做自适应滤波法,它能够通过强大的计算能力同时实现对相位及幅度错误进行纠正。以头戴式主动降噪自适应系统为例,它会通过耳机顶部的噪声收集器将所采集的噪音信号作为参考信号,之后自适应滤波器利用收集信号经过耳机系统模型的转移函数来预测耳机内部可能产生的噪音,最后系统将预测噪音反相后与所需要的音频信号进行相互结合叠加,最终传到至耳机的换能器。在耳罩内的噪音收集器可以获得实际的噪音并通过处理产生一个精准的误差信号,进而使得滤波器经过处理可以获得更加精准的抗造信号。
2.4次级声源
次级声源主要是指各种类型的扬声器，它主要是将电能转化为声音，并且能够将声能辐射出去。扬声器的种类有许多，根据辐射方式可以分为直接辐射与间接辐射。直射主要是指振膜能够直接与空气耦合的扬声器，它的结构较为简单，同时性能良好，成本较低，在主动降噪系统中被普遍使用。间接辐射式扬声器的振膜通过声腔与空气耦合，它的效能较高，因此需要较大的功率。通过对扬声器种类特点分析，在主动降噪耳机中采用电动式聚合物盆直接辐射扬声器最佳，因为它具有良好的一致性与灵敏度，而灵敏度与频率响应也是影响主动降噪耳机性能的关键。
结语
综上所述,耳机主动降噪技术是复杂的,但是他们降噪的基本原理基本都是一样。相关工作人员应当积极学习先进的主动降噪技术,将其应用于耳机产品之中,这样既可以保证耳机的主动降噪效果,又能够确保耳机音质不会受损,为广大消费者带来更多的新型降噪耳机产品。
参考文献
[1]柳丹丹,胡海莹,陈国华.基于DSP的智能主动降噪耳机[J].科学技术创新,2017(29):75-76.
[2]韩国民,李世杰.浅谈主动降噪耳机技术[J].数字技术与应用,2014(01):215.
论文作者:林景华
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：降噪论文; 耳机论文; 噪音论文; 主动论文; 传声器论文; 信号论文; 系统论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;