1降噪耳机技术面面谈

    噪声，也称噪音，是让听到它的人和自然界带来烦恼的、不受欢迎的声音。影响人们工作学习休息的声音都称为噪声。对噪声的感受因各人的感觉、习惯等而不同，因此噪声有时是一个主观的感受。一般来说人们将影响人的交谈或思考的环境声音称为噪声。 

    虽然我们使用的耳机产品越来越高档，享受音乐的品质也越来越高，但不过不得不承认的是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，你也许很快就会感到听觉疲劳。很多便携式耳机越来越考虑到隔音的问题，但终归是治标不治本的办法，在外界聆听音乐总归是要同很多噪声一起“享受”的。

    不过此时，如果想静静地享受音乐世界，那么降噪耳机可能成为最佳选择。降噪耳机就目前看来也并不算是相当主流的产品，但这个最先只是为了商务人士在飞机上使用设计的耳机越来越受到人们的关注。今年可谓是降噪耳机蓄力爆发的一年，我们已经看到了很多品牌将致力于普及降噪耳机产品，打造亲民化的消费级降噪耳机，让大众人群也同这些“高端白领”用户们一样享受安静地聆听。

主动降噪耳机是啥? 降噪耳机技术面面谈

    但降噪耳机要想站在同便携耳机一样的高度，首先还需要得到人们的认同。大多数人对于降噪耳机产品了解较少，对于降噪耳机的功能和应用也没有一个完善的了解，那么我们从现在开始，就为大家来介绍一些关于降噪耳机的知识。

    降噪耳机分为主动式降噪和被动式降噪两种。被动式降噪耳机利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开，主要通过隔声材料阻挡噪声，对高频率声音非常有效，一般可使噪声降低大约为15-20dB。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。

隔音耳塞就是被动是降噪原理

    我们可以看见的大多数便携式隔音耳机产品都是这种被动式降噪方式，入耳式耳塞和封闭式耳机能够在一定程度上隔离噪音，但却没有办法来中和噪声达到安静的聆听效果。被动降噪的优势是降噪空间大，对于高频信号的隔绝效果好，比如公路旁边的隔音板。但是，对于小空间的低频噪声来说，像空调工作噪声、飞机发动机噪声等噪音则效果大打折扣。

全罩式封闭便携耳机也是被动降噪原理

    主动降噪概念是BOSE公司创始人Amar G. Bose博士在一次飞行旅途中由于受不了飞机噪音而提出的。1989年，BOSE主动降噪耳机推出，但主要用于商业以及军用战场上，真正量产到民用还是在2000年。之所以要采用主动降噪耳机，一方面是因为某些噪音是无法通过物理方式隔绝的，另一方面，很多情况下，噪音来自于多方面，我们无法通过传统方法来进行降噪。

BOSE公司创始人Amar G. Bose博士

    其实主动降噪的理论十分简单，“声波”是我们中学物理课程中都会学到的理论。声音的传播是通过介质的振动来实现，波与波之间如果呈反相则会在理论条件下实现抵消。这就好比平静的湖中两组不同方向的波浪相互抵消一个道理。

主动降噪示意图

    主动降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特点，然后通过内置的处理芯片运算出反相的波，再通过高还原度扬声器相抵消。所以主动降噪系统必备的设备有拾音器、处理芯片、扬声器，每一个部分都要保证高质量才能达到最终的效果，故成本上就要比传统非降噪设备高。

    主动降噪耳机除使用隔声材料，耳机内部还设有音频处理电路，可对部分低频信号进行消减，因此降噪效果比被动式耳机要好。所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反，相差180°，就可以将这噪声完全抵消掉，如图所示。

主动降噪原理图

    抗噪信号仅仅是通过对原始噪声信号的反相处理得到的，目的就是当它们相遇时可以互相抵消。这种方法基于叠加原理，当波形相同、相位相差180。的两个信号相互叠加时，就会产生干涉相消现象。如果噪声抑制信号和原信号不完全相同或者相位不是精确的相差180°，则只会减弱噪声，并不能达到完全抵消的效果。

外置传感器的开环路主动降噪耳机系统

    主动降噪系统通过一只传声器采集噪声并产生抗噪信号。在一个开环路系统中，如图所示，传声器放置于耳罩的外部，其拾取的声音信号经反相放大器输出得到抗噪信号，而后与所需的音频信号混合，最终在耳机换能器中重放嘲。抗噪信号能够衰减外界噪声，使原始声音更便于理解。通常，开环主动降噪系统可以实现噪声衰减10-15dB，这在为专业人士及普通消费者设计的不同种类的降噪耳机中可以普遍发现。可是，这种设计对于那些想要独自调整抗噪信号大小以满足最佳听音效果的人们来说并不适用。

    开环路系统的最大优势就是简单，但与其他类型的降噪耳机比，可能并不是最令人满意的。由于传声器放置于耳罩外，实际采集到的噪声和耳罩内听到的噪声并不完全一样。事实上，经过耳罩再加上其内部的反射作用，声音已发生了改变。因此，在很多情况下，抗噪信号可以在耳机内生成。

    如果传声器放置于耳罩内换能器的前方，系统可能生成一个更加精确的抗噪信号，如图所示。此时，传声器拾取到的声音既包括耳机换能器发出的声音，又包括耳罩内产生的噪声，这个信号作为纠错信号反馈给所需的声音信号，因此被称为“闭环路系统”。闭路系统的运行特点是通过反馈方式来达到降噪的目的。

内置传感器的闭环路主动降噪耳机系统

    控制论中，噪声(比如放大器的失真)被看作是一种非线性的变化，可以通过在系统中引入校正信号来减轻或消除这种失真。图3所示的是一个闭环路主动降噪耳机系统。传声器置于耳罩内部，拾取到的是所需的声音和噪声的混合声。首先，这个系统将所需信号从混合信号中分离出来并对剩下的噪声信号进行反相。然后，对反相的噪声信号进行补偿，以便抵消闭环系统中的噪声。输出级将抗噪信号和所需信号重新合成，最终在耳机换能器中实现重放。由于这是一个反馈的过程，所以在某些情况下，闭环系统可能会不稳定。

● 自适应主动降噪耳机系统

    上面提到的开环系统和闭环系统都是采用模拟滤波器来产生抗噪信号，而数字滤波器的功能更为强大，设置也更为简单。用数字滤波器来消除噪声的方法叫做自适应滤波法，它可以同时实现纠正相位错误和幅度错误。

自适应主动降噪耳机系统

    上图是使用自适应主动降噪耳机系统的原理图。在头戴耳机的顶部放置一只传声器拾取噪声信号作为参考信号，自适应滤波器利用当前信号经过耳机系统模型的转移函数来预测耳罩内的噪声，然后将预测噪声反相后与所需音频信号进行叠加，最终传送给耳机换能器。置于耳罩内的传声器拾取实际的声音并产生一个误差信号，使滤波器收敛于零以得到更加准确的抗噪信号。

    降低噪声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，这些技术都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声，人们发明了主动噪声控制ANC这一技术。

索尼的NDR-NC500D降噪过程数字化、人工智能自动选择降噪模式

    主动降噪通过测量、反向控制、声场叠加三个主要过程实现声场抵消嘲。在众多主动降噪耳机中，这个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。

BOSE的产品就采用了ANC降噪技术

同样采用ANC降噪技术的铁三角耳机

    经过长期的探索，人们清醒地认识到，噪声控制的根本途径是对声源的有效控制，所以从分析声源的发声机理出发，对声源或近场域实施主动控制才是解决噪声控制积极主动的发展方向。在各种产品向数字化发展的今天，数字化主动降噪技术已成为今后降噪耳机的发展趋势。同时，将ANC与智能控制技术、智能材料和光纤技术有机结合起来，既提高了主动降噪系统的性能，又保证系统控制的性能。

● 降噪耳机会影响音质吗？

    会。由于被动降噪耳机涉及了运算过程，音质受到影响，这是肯定的。被动降噪一般意义上不作为真正的降噪耳机来讨论，因为它可以是音质很好的监听返送设备，以音质为卖点的那种。但目前降噪影响音质的问题已经有一些厂商在改进，目前有产品可以实现开启降噪同时提升音质，不过这样的产品还不算多见。

● 降噪耳机价格贵吗？

    不便宜。最便宜的降噪耳机起跳都要几百块，当然，这是不会有很好的降噪效果和音质表现的。如果你想要一款锂电池供电、降噪效果好、音质表现佳的产品，那么三千到四千元的钞票是肯定要花的。今年，很多厂商搭理推广降噪耳机，将产品价格下拉以进入消费级用户市场，这是一个不错的趋势。

● 降噪耳机有啥缺点？

    缺点谈不上，最多是个使用不方便，比如它需要电池供电、体积过大不便携、价格偏贵、马路上使用容易出危险等等。如果算的话，大品牌的降噪耳机目前来说也都不算太过便宜，这可能是个缺点吧。

● 降噪耳机市场现状如何？

    不是很好。一方面是厂商在不断的向市场投入新的降噪耳机产品，另一方面则是消费者的“淡定”对待。从降噪耳机市场目前整体销量来看，绝对可以算得上是个小众市场。

    原因很多，但最重要的还是价格。愿意花数千元买一只HiFi耳机来听听，但绝对没有数千元买降噪耳机的需求。不过降噪耳机既然价格下调，有这方面需求的人一定会增多，毕竟我们面临的日常生活环境也越来越复杂，生活中接触到的噪音也越来越多

● 什么样的人需要降噪耳机？

    商务人士、空中飞人，这是毫无疑问的。本身降噪耳机就是因飞机而生，那么回归它本身的应用就是很自然的事情。不过，在目前噪音越来越多的城市中，地铁、公交也不失为降噪耳机应该合理出现的更好场合。

    要让降噪耳机普及，那得再多催生好大一个规模的烧包用户群体，好大好大的那种。目前的人们对于降噪耳机的需求仍然并不算太大，首先是因为对于这类产品的了解程度并不高，另外目前的降噪耳机也越是太昂贵了，不过首先大家应该认识到降噪耳机的优势还是相当明显的。

主动降噪耳机确实很适合飞机这样噪声很大的环境中使用

    被动降噪屏蔽的是高频噪声，它更适合一些比较规则的降噪场景，通过堆积隔音材料来实现。但是对付环境复杂，且大量低频共振噪声就束手无策。主动降噪通过麦克风拾音，可以有效地处理复杂环境的噪音，例如车内、机舱等环境。所以说，某些特定条件下，主动降噪的优势极为明显。主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果，尤其是空调、发动机等噪声。最多可降低25dB-30dB的环境噪音。相比于被动降噪来说，主动降噪的效果更加智能。

BOSE的降噪耳机产品

    另外在音质方面，主动降噪在原有的音乐上加入了降噪处理信号，势必会造成音乐纯度的影响形成音染。降噪处理芯片、拾音麦克风在工作中会出现误差，导致部分非噪音信号被抵消。这也是为什么许多用户发现主动降噪耳机的声音细节不够，发闷的原因。不过目前已经拥有一些品牌在降噪的同时也更加注意音质问题，已经实现了开启降噪同时提升音质，让我们有理由相信降噪实现HiFi是可行的。

有些耳机已经实现了开启降噪同时提升音质

    主动降噪技术发展了数十年，技术已经不断成熟，，正在逐步从高端应用延伸到民用市场，所应用的环境也是多种多样。最根本在于，和被动降噪的材料学相比，主动降噪的处理机制提升空间更大。但技术封锁是最令行业头疼的问题，目前行业内拥有主动降噪核心技术的几家公司均不会透露自己的技术，技术封锁显然对行业的发展不利。

国内一些品牌在今年将致力于将降噪耳机带给消费级用户

    但这并无法降噪的发展，目前已经拥有一些国内品牌在自主研发主动降噪技术，并且在今年将大力推广主动降噪耳机产品。我们面临的环境越来越复杂，生活中的环境越来越大了，将降噪耳机亲民化，带给大众消费级人群使用是唯一的目的。

随着人们对于生活品质要求的逐步提高，越来越多的用户开始考虑降噪耳机的选购，旨在保证最为舒适的试听环境和出色的听力保护效果，相信这篇文章之后可以帮助越来越多的用户选择到适合自己的降噪耳机产品。