耳机主动降噪技术的分析与研究

杨柳

摘 要： 日常生活中，电子产品随处可见，电子产品消费市场呈现高速增长状态，人们对于电子产品的追求越发强烈，对于电子产品品质更加看重。耳机作为现代社会广泛应用的电子产品之一，人们对其的降噪效果要求严格。基于此，本文就耳机主动降噪技术展开研究，首先阐述了主动降噪耳机的降噪原理，其次对其系统和结构进行了分析，使人们能够对主动降噪耳机有初步的了解和认识。

关键词： 电子产品;耳机;主动降噪技术;分析

【中图分类号】TN643     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）11-0235-01

降噪耳机能够有效降低外界噪音，可以分为被动降噪和主动降噪两种，被动降噪，是使用非常厚的耳罩来阻挡外面的噪声，整体结构厚重，佩戴舒适度不佳。而主动降噪则是基于彻底消除噪音，将外界干扰消除，内部会设置降噪线路，效果更佳，佩戴感更好，更受人们欢迎。因此本文主要对主动降噪耳机进行分析和研究。

1 主动降噪耳机概述

主动降噪耳机利用专门的降噪系统产生与外界噪声相反的声波，中和处理噪音，进而达到降噪目的。其是围绕消除噪音，主动处理噪声，耳机中配置专门的降噪电路，对于低频噪声而言效果更加显著。主动降噪耳机内的系统通过收集分析噪音，之后利用内置电路进行处理，进而产生与之相位相反的噪音，彼此相互抵消。低频段声音的声波较长，其在一定空间中相互干涉较为容易达到，因此，主动降噪耳机技术可以有效消除低频段噪音，其也可以作为被动降噪耳机补偿设计。

2 耳机主动降噪系统及其结构

2.1 主动降噪系统

（1）开环系统

耳机的主动降噪系统是利用其中的噪音采集器收集并处理噪音，进而产生相应的抗噪信号。在开环系统中，传声器位于耳机耳罩外侧，其收集的噪声由方向放大器进行处理后可以得到相应的抗噪信号，进而与噪音信号相互抵消，以减少外部噪音对其的影响。抗噪信号十分重要，其可以将外界噪音影响降低，使原始声音更清晰。一般情况下，主动降噪开关系统可以降低15-20dB噪音，该系统的最明显优势在于设计简单，相较于其他类型的耳机而言，该系统可以满足大多数人对耳机降噪的需求，但是对于音质要求更高的使用者则无法满足其要求。这是由于该系统是在耳罩为设置噪音采集器，采集的噪音和耳罩中实际噪音有所差异，通过系统处理后得到的抗噪信号也有所差异。

（2）闭环系统

如果降噪耳机中的噪音收集器位于耳罩换能器前，则主动降噪系统可以通过收集噪音信号形成精确的抗噪信号，这时噪音收集器会收集耳机内换能器声音和耳罩内部噪音（人们可听到的噪音），该信号即为纠错信号，这一系统也就是闭环系统。事实上，噪音是一种非线性变化，利用系统中的校正信号间这种变化降低甚至消除。耳机中的噪音收集器位于耳罩中，其收集的信息屬于混合声，因此，系统要对其处理分离，之后利用反相抗噪信号作出补偿，以将闭环系统内的噪音消除掉。由于抗噪信号要重新结合所需信号，最终在耳机换能器中重现，整个过程是一个反馈过程，其在有些情况下会出现不稳定现象[2]。

（3）自适应系统

开环系统和闭环系统都是通过模拟滤波器来产生相应抗噪信号，达到降噪目的的，而这种数字滤波器功能强大，设置简单，主动降噪中的自适应系统也会应用数字滤波器，也就是自身硬滤波法，其利用计算能力纠正相位和幅度错误。例如头戴式主动降噪自适应系统，其利用耳机顶部噪音收集器收集噪音信号，在此基础上利用自适应滤波器在耳机系统模型转移函数计算下对耳机内部噪音进行预测，之后系统将其反相后结合叠加所需音频信号，进而传输到耳机中的换能器中。耳罩中的噪音收集器能够获取实际噪声，经过处理得到精准误差信号，之后利用滤波器处理得到抗噪信号。

2.2 耳机元件结构

（1）传声器

对于主动降噪耳机而言，其中都包含传声器和次级声源，复合式主动降噪耳机中有2个传声器和1个次级声源，其中一个用于获取外部噪声，也就是参考传声器，另一个用于获取内部噪音，也就是误差传声器。根据主动降噪耳机实际需求，传声器需要保持小体积、高度灵敏等特征，因此，可以选用驻极体传声器。非声学领域中的驻极体是可以长时间保持电极化的高分子聚合物材料，声学领域中的驻极体通常应用该材料来制造送话器麦克风，在主动降噪系统中可以作为传声器。驻极体传声器的组成包括1个金属电极与1个驻极体薄片，二者之间空气间隙，与驻极体共同构成绝缘层，进而组成电容器结构。由于驻极体可以长期处于电极化状态中，因此，在其薄膜上会出现自由电荷，这种电容器中的两级间会出现感应电荷。随声音振动，驻极体薄片也会随之振动，两级间会出现位移现象，其内部电容值会随之产生变化。当前，主动降噪耳机中常用的产传声器就是驻极体传声器。

（2）次级声源

次级声源就是各种扬声器，其可以使电能转成声音，进而辐射出去。扬声器类型比较多，按照辐射方式其可以分成直接和间接两种辐射。其中，直接辐射就是振膜可以与扬声器直接完成空气耦合，其结构简单，性能好，成本低，在主动降噪系统中被广泛应用。而间接辐射的扬声器振膜是利用声腔与空气耦合，其本身效能高，但是所需功率更大。通过分析各种扬声器特点发现，主动降噪耳机中应用的扬声器为电动式聚合物盆直接辐射扬声器，一致性和灵敏性最好，降噪效果最佳。

结束语：当今社会，主动降噪耳机产品的应用十分广泛，但是在众多同类耳机中，降噪原理基本一致。而对于人们来说，选择主动降噪耳机时不仅需要关注其降噪技术和降噪效果，同时还需要注意耳机的价格与兼容性。大部分耳机的降噪性能很出色，但是其价格很高，对主动降噪耳机的未来发展产生了一定影响，对此，需要加大研究相关技术，提高技术的同时降低成本。

参考文献

[1] 魏嵬.耳机主动降噪技术中国专利申请状况分析[J].电声技术，2019（11）.

[2] 王世强.歌尔与Synaptics合作开发适用于USBType-C耳机的主动降噪技术[J].计算机与网络，2018，044（004）：74-75.