噪聲，也稱噪音，是讓聽到它的人和自然界帶來煩惱的、不受歡迎的聲音，是影響人們工作學(xué)習(xí)休息的聲音。電聲設(shè)備廠家為了隔離噪音也是夠拼的，各種降噪手段都拿出來了。今天小靈就跟大家聊聊“降噪”而且跟耳朵最密切相關(guān)的話題吧。 

雖然我們享受音樂的品質(zhì)越來越高，但不得不承認(rèn)的是城市的噪聲污染越來越嚴(yán)重，在室外使用耳塞耳機(jī)，只能提高音量來蓋過噪聲，這樣不但不能享受美妙的音樂，對自己的聽力也有很大的影響，很快就會感到聽覺疲勞。雖然早些年已經(jīng)有很多耳機(jī)產(chǎn)品也兼顧到隔音，但終歸效果不咋樣，在室外聽音樂總要一同“享受”很多噪聲。

時至今日，主動式降噪耳機(jī)的涌現(xiàn)，成為隔音的最佳選擇。降噪耳機(jī)最先是為了商務(wù)人士在飛機(jī)上使用而設(shè)計，但其顯著的降噪效果卻受到人們的普遍關(guān)注。

主動降噪和被動降噪差異

降噪耳機(jī)分為主動式降噪和被動式降噪兩種。被動式降噪耳機(jī)利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開，主要通過隔聲材料阻擋噪聲，對高頻率聲音非常有效，一般可使噪聲降低大約為15-20dB。這種方法原理簡單，降噪成本低，但效果略為遜色，且由于使用了高密度的隔聲材料，耳機(jī)較重佩戴不舒服。

隔音耳塞就是被動是降噪原理

我們可以看見的大多數(shù)便攜式隔音耳機(jī)產(chǎn)品都是這種被動式降噪方式，入耳式耳塞和封閉式耳機(jī)能夠在一定程度上隔離噪音，但卻沒有辦法來中和噪聲達(dá)到安靜的聆聽效果。被動降噪的優(yōu)勢是降噪空間大，對于高頻信號的隔絕效果好，比如公路旁邊的隔音板。但是，對于小空間的低頻噪聲來說，像空調(diào)工作噪聲、飛機(jī)發(fā)動機(jī)噪聲等噪音則效果大打折扣。

全罩式封閉便攜耳機(jī)也是被動降噪原理

主動降噪概念是BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士在一次飛行旅途中由于受不了飛機(jī)噪音而提出的。1989年，BOSE主動降噪耳機(jī)推出，但主要用于商業(yè)以及軍用戰(zhàn)場上，真正量產(chǎn)到民用還是在2000年。之所以要采用主動降噪耳機(jī)，一方面是因為某些噪音是無法通過物理方式隔絕的，另一方面，很多情況下，噪音來自于多方面，我們無法通過傳統(tǒng)方法來進(jìn)行降噪。

BOSE公司創(chuàng)始人Amar G. Bose博士

其實主動降噪的理論十分簡單，“聲波”是我們中學(xué)物理課程中都會學(xué)到的理論。聲音的傳播是通過介質(zhì)的振動來實現(xiàn)，波與波之間如果呈反相則會在理論條件下實現(xiàn)抵消。這就好比平靜的湖中兩組不同方向的波浪相互抵消一個道理。

主動降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特點，然后通過內(nèi)置的處理芯片運算出反相的波，再通過高還原度揚聲器相抵消。所以主動降噪系統(tǒng)必備的設(shè)備有拾音器、處理芯片、揚聲器，每一個部分都要保證高質(zhì)量才能達(dá)到最終的效果，故成本上就要比傳統(tǒng)非降噪設(shè)備高。

主動降噪耳機(jī)、開環(huán)路降噪系統(tǒng)

主動降噪耳機(jī)除使用隔聲材料，耳機(jī)內(nèi)部還設(shè)有音頻處理電路，可對部分低頻信號進(jìn)行消減，因此降噪效果比被動式耳機(jī)要好。所有的聲音都由一定的頻譜組成，如果可以找到一種聲音，其頻譜與所要消除的噪聲完全一樣，只是相位剛好相反，相差180°，就可以將這噪聲完全抵消掉。

抗噪信號僅僅是通過對原始噪聲信號的反相處理得到的，目的就是當(dāng)它們相遇時可以互相抵消。這種方法基于疊加原理，當(dāng)波形相同、相位相差180。當(dāng)兩個信號相互疊加時，就會產(chǎn)生干涉相消現(xiàn)象。如果噪聲抑制信號和原信號不完全相同或者相位不是精確的相差180°，則只會減弱噪聲，并不能達(dá)到完全抵消的效果。

外置傳感器的開環(huán)路主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)

主動降噪系統(tǒng)通過一只傳聲器采集噪聲并產(chǎn)生抗噪信號。在一個開環(huán)路系統(tǒng)中，如圖所示，傳聲器放置于耳罩的外部，其拾取的聲音信號經(jīng)反相放大器輸出得到抗噪信號，而后與所需的音頻信號混合，最終在耳機(jī)換能器中重放嘲。抗噪信號能夠衰減外界噪聲，使原始聲音更便于理解。通常，開環(huán)主動降噪系統(tǒng)可以實現(xiàn)噪聲衰減10-15dB，這在為專業(yè)人士及普通消費者設(shè)計的不同種類的降噪耳機(jī)中可以普遍發(fā)現(xiàn)?？墒牵@種設(shè)計對于那些想要獨自調(diào)整抗噪信號大小以滿足最佳聽音效果的人們來說并不適用。

開環(huán)路系統(tǒng)的最大優(yōu)勢就是簡單，但與其他類型的降噪耳機(jī)比，可能并不是最令人滿意的。由于傳聲器放置于耳罩外，實際采集到的噪聲和耳罩內(nèi)聽到的噪聲并不完全一樣。事實上，經(jīng)過耳罩再加上其內(nèi)部的反射作用，聲音已發(fā)生了改變。因此，在很多情況下，抗噪信號可以在耳機(jī)內(nèi)生成。

閉環(huán)路系統(tǒng)、自適應(yīng)降噪系統(tǒng)

如果傳聲器放置于耳罩內(nèi)換能器的前方，系統(tǒng)可能生成一個更加精確的抗噪信號，如圖所示。此時，傳聲器拾取到的聲音既包括耳機(jī)換能器發(fā)出的聲音，又包括耳罩內(nèi)產(chǎn)生的噪聲，這個信號作為糾錯信號反饋給所需的聲音信號，因此被稱為“閉環(huán)路系統(tǒng)”。閉路系統(tǒng)的運行特點是通過反饋方式來達(dá)到降噪的目的。

內(nèi)置傳感器的閉環(huán)路主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)

控制論中，噪聲(比如放大器的失真)被看作是一種非線性的變化，可以通過在系統(tǒng)中引入校正信號來減輕或消除這種失真。上圖所示的是一個閉環(huán)路主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)。傳聲器置于耳罩內(nèi)部，拾取到的是所需的聲音和噪聲的混合聲。首先，這個系統(tǒng)將所需信號從混合信號中分離出來并對剩下的噪聲信號進(jìn)行反相。然后，對反相的噪聲信號進(jìn)行補償，以便抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的噪聲。輸出級將抗噪信號和所需信號重新合成，最終在耳機(jī)換能器中實現(xiàn)重放。由于這是一個反饋的過程，所以在某些情況下，閉環(huán)系統(tǒng)可能會不穩(wěn)定。

● 自適應(yīng)主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)

上面提到的開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)都是采用模擬濾波器來產(chǎn)生抗噪信號，而數(shù)字濾波器的功能更為強(qiáng)大，設(shè)置也更為簡單。用數(shù)字濾波器來消除噪聲的方法叫做自適應(yīng)濾波法，它可以同時實現(xiàn)糾正相位錯誤和幅度錯誤。

自適應(yīng)主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)

上圖是使用自適應(yīng)主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)的原理圖。在頭戴耳機(jī)的頂部放置一只傳聲器拾取噪聲信號作為參考信號，自適應(yīng)濾波器利用當(dāng)前信號經(jīng)過耳機(jī)系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)來預(yù)測耳罩內(nèi)的噪聲，然后將預(yù)測噪聲反相后與所需音頻信號進(jìn)行疊加，最終傳送給耳機(jī)換能器。置于耳罩內(nèi)的傳聲器拾取實際的聲音并產(chǎn)生一個誤差信號，使濾波器收斂于零以得到更加準(zhǔn)確的抗噪信號。

降噪耳機(jī)的一些技術(shù)進(jìn)展

降低噪聲通常所采用的三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過程中降噪及在人耳處降噪，這些技術(shù)都是消極被動的。為了積極主動地消除噪聲，人們發(fā)明了主動噪聲控制ANC這一技術(shù)。

主動降噪通過測量、反向控制、聲場疊加三個主要過程實現(xiàn)聲場抵消嘲。在眾多主動降噪耳機(jī)中，這個原理基本是通用的且多年沒有變化，主動降噪耳機(jī)的發(fā)展似乎遇到了自己的瓶頸。瓶頸在主動降噪技術(shù)上，而各廠家又都想把自己的產(chǎn)品變成市場中的王者，于是將關(guān)注點放在了其他方面。

BOSE的產(chǎn)品就采用了ANC降噪技術(shù)

經(jīng)過長期的探索，人們清醒地認(rèn)識到，噪聲控制的根本途徑是對聲源的有效控制，所以從分析聲源的發(fā)聲機(jī)理出發(fā)，對聲源或近場域?qū)嵤┲鲃涌刂撇攀墙鉀Q噪聲控制積極主動的發(fā)展方向。在各種產(chǎn)品向數(shù)字化發(fā)展的今天，數(shù)字化主動降噪技術(shù)已成為今后降噪耳機(jī)的發(fā)展趨勢。同時，將ANC與智能控制技術(shù)、智能材料和光纖技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，既提高了主動降噪系統(tǒng)的性能，又保證系統(tǒng)控制的性能。

消費者關(guān)系的問題解答

● 降噪耳機(jī)會影響音質(zhì)嗎？

會！由于被動降噪耳機(jī)涉及了運算過程，音質(zhì)受到影響，這是肯定的。被動降噪一般意義上不作為真正的降噪耳機(jī)來討論，因為它可以是音質(zhì)很好的監(jiān)聽返送設(shè)備，以音質(zhì)為賣點的那種。但目前降噪影響音質(zhì)的問題已經(jīng)有一些廠商在改進(jìn)，目前有產(chǎn)品可以實現(xiàn)開啟降噪同時提升音質(zhì)，不過這樣的產(chǎn)品還不算多見。

● 降噪耳機(jī)價格貴嗎？

不便宜！最便宜的降噪耳機(jī)起跳都要幾百塊，當(dāng)然，這是不會有很好的降噪效果和音質(zhì)表現(xiàn)的。如果你想要一款鋰電池供電、降噪效果好、音質(zhì)表現(xiàn)佳的產(chǎn)品，那么三千到四千元的鈔票是肯定要花的。

● 降噪耳機(jī)有啥缺點？

缺點談不上，最多是個使用不方便，比如它需要電池供電、體積過大不便攜、價格偏貴、馬路上使用容易出危險等等。如果算的話，大品牌的降噪耳機(jī)目前來說也都不算太過便宜，這可能是個缺點吧。

● 降噪耳機(jī)市場現(xiàn)狀如何？

不是很好！一方面是廠商在不斷的向市場投入新的降噪耳機(jī)產(chǎn)品，另一方面則是消費者的“淡定”對待。從降噪耳機(jī)市場目前整體銷量來看，絕對可以算得上是個小眾市場。原因很多，但最重要的還是價格。愿意花數(shù)千元買一只HiFi耳機(jī)來聽聽，但絕對沒有數(shù)千元買降噪耳機(jī)的需求。

● 什么樣的人需要降噪耳機(jī)？

商務(wù)人士、空中飛人，這是毫無疑問的。本身降噪耳機(jī)就是因飛機(jī)而生，那么回歸它本身的應(yīng)用就是很自然的事情。不過，在目前噪音越來越多的城市中，地鐵、公交也不失為降噪耳機(jī)應(yīng)該合理出現(xiàn)的更好場合。

降噪耳機(jī)將大力發(fā)展

要讓降噪耳機(jī)普及，那得再催生好大規(guī)模的用戶群體。目前的人們對于降噪耳機(jī)的需求仍然并不算太大，首先是因為對于這類產(chǎn)品的了解程度并不高，另外目前的降噪耳機(jī)也越是太昂貴了，不過目前大家已經(jīng)認(rèn)識到降噪耳機(jī)的優(yōu)勢是相當(dāng)明顯的。

主動降噪耳機(jī)確實很適合飛機(jī)這樣噪聲很大的環(huán)境中使用

被動降噪屏蔽的是高頻噪聲，它更適合一些比較規(guī)則的降噪場景，通過堆積隔音材料來實現(xiàn)。但是對付環(huán)境復(fù)雜，且大量低頻共振噪聲就束手無策。主動降噪通過麥克風(fēng)拾音，可以有效地處理復(fù)雜環(huán)境的噪音，例如車內(nèi)、機(jī)艙等環(huán)境。所以說，某些特定條件下，主動降噪的優(yōu)勢極為明顯。主動降噪對于低頻噪音信號的消除有明顯的效果，尤其是空調(diào)、發(fā)動機(jī)等噪聲。最多可降低25dB-30dB的環(huán)境噪音。相比于被動降噪來說，主動降噪的效果更加智能。

另外在音質(zhì)方面，主動降噪在原有的音樂上加入了降噪處理信號，勢必會造成音樂純度的影響形成音染。降噪處理芯片、拾音麥克風(fēng)在工作中會出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致部分非噪音信號被抵消。這也是為什么許多用戶發(fā)現(xiàn)主動降噪耳機(jī)的聲音細(xì)節(jié)不夠，發(fā)悶的原因。不過目前已經(jīng)擁有一些品牌在降噪的同時也更加注意音質(zhì)問題，已經(jīng)實現(xiàn)了開啟降噪同時提升音質(zhì)，讓我們有理由相信降噪實現(xiàn)HiFi是可行的。

主動降噪技術(shù)發(fā)展了數(shù)十年，技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，正在逐步從高端應(yīng)用延伸到民用市場，所應(yīng)用的環(huán)境也是多種多樣。最根本在于，和被動降噪的材料學(xué)相比，主動降噪的處理機(jī)制提升空間更大。但技術(shù)封鎖是最令行業(yè)頭疼的問題，目前行業(yè)內(nèi)擁有主動降噪核心技術(shù)的幾家公司均不會透露自己的技術(shù)，技術(shù)封鎖顯然對行業(yè)的發(fā)展不利。

但這并無法降噪的發(fā)展，目前已經(jīng)擁有一些國內(nèi)品牌在自主研發(fā)主動降噪技術(shù)，并且大力推廣主動降噪產(chǎn)品。我們面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜，生活中的環(huán)境越來越大了，將降噪耳機(jī)親民化，帶給大眾消費級人群使用是唯一的目的。