主動降噪技術(ANC)的前生今世--概念歷史
一 概念
假如使用一句通俗的語言來概述ANC的原理的話,那就是:通過發出與噪聲相位相反,頻率、振幅相同的聲波與噪聲干涉實現相位抵消。
使用比較正式的語言來解釋就是:動降噪通過降噪系統產生與外界噪音相等的反向聲波,將噪音中和,從而實現降噪的效果。下圖是一個ANC的降噪原理圖:
根據麥克風的位置,可以把這個主動降噪技術分成三類:
* 前饋主動降噪技術 Feed forward,簡稱FF:取樣麥克風在耳機外邊,通過取樣麥克風獲取噪聲,能夠獲取外部全部的噪聲,然後做反向,常見的場景就是入耳式耳機,沒有被動降噪的情況。
* 反饋型的主動降噪技術 Feed Back,簡稱FB:取樣麥克風在耳機頭的內側,通過取樣麥克風獲取環境噪聲,能夠獲取耳機殼內部的噪聲,然後做反向。常見的場景是頭戴式耳機,這樣耳機的高頻噪聲已經很多被耳機套過濾掉了,消噪壓力小。效果也會變得比較好。
* 混合型的主動降噪技術,HyBrid,簡稱HB:就是取樣麥克風有兩個,把上面的FF和FB都用上,這種效果再加上頭戴式的被動降噪的話,會把效果做的比較好。市場上效果最好的都是這種的。FF前饋系統可以消減參考傳聲器檢測到的原始噪聲相關的噪聲,FB反饋式系統則對窄帶噪聲十分有效,兩者結合使用, 可以增強有源噪聲控制系統的靈活性,從而比使用單一結構獲得更好的降噪效果,但缺點是 系統實現複雜、成本也非常高。
三者的效果圖如下圖所示:
二 歷史
其實,歷史能說明很多東西,通過一個技術或者產品的歷史來了解他,是一個很重要的維度。那麼,ANC的歷史是什麼樣子的呢?
其實,這個概念的提出很早了,
1936 年德國物理學家 Lueg 首先提出有源噪聲控制即主動降噪的概念,利用聲波相消性 干涉原理降噪,並申請了專利。這個哥們估計沒有靠這個專利賺到多少錢,因為後面的進展時間太讓人感覺到緩慢了。歐洲專利的有效期才20年,再說,這個技術,真正的商用開始那是幾十年之後的事情了,所以說,想靠專利賺錢也是要靠一定的運氣的啊。
直到1978年,Bose的創始人Amar G. Bose博士在從歐洲飛往波士頓的飛機上,發現飛機引擎的噪音掃淨了他戴耳機欣賞音樂的興致。這激發了他在BOSE公司進行一項消噪科技的研究。最終,BOSE公司創造了一款既能高保真的重現人聲和音樂又能顯著消除不必要艙內噪音的耳機。在當初半導體技術才剛剛處於萌芽階段,這個時候的消噪,只能全靠模擬的電路了。從時間跨度上來講,Bose的工程師針對這項技術商用化,還是花費了好幾年時間的,看來,任何一項技術的商用化背後,都需要付出很多精力的啊。直到1989年,第一款商用的BOSE主動消噪耳機才誕生。自那時起,BOSE工程師們陸續為航空及軍用市場開發了多款消噪耳機產品:如專為飛行員設計的消噪耳機、航空X®耳機、TriPort®耳機。
2000年,BOSE工程師們在此基礎上又將這一科技應用到民用耳機市場,推出了QC®有源消噪耳機,它掀起了耳機行業“革命”的浪潮。至此,ANC在民用耳機市場上逐步邁開了前進的步伐。下圖是筆者能夠找到的很早一款Bose的QC耳機:
2005年,艾邁斯半導體的ANC降噪單晶片釋出,十多年來,降噪耳機制造商一直使用艾邁斯半導體的模擬ANC晶片,藉以在降噪深度、頻寬以及超低功耗保持領先水平。
2017年,中國晶片廠商恆玄科技在藍芽耳機單晶片上集成了ANC功能,把ANC降噪的一下拉到了平民化的價格水平。
2019年,很多晶片公司都推出了單晶片的ANC降噪晶片,像高通,海思等,直接拉開了ANC降噪的大戰。
時間的飛輪在前進,ANC這個技術,也會像陳年的老酒一樣,越來越散發出它迷人的清香。
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