丟掉吧,降噪耳機,當心你的耳朵會(huì )被融掉
音樂(lè )作為一種聽(tīng)覺(jué)藝術(shù),它不只是一連串的音符或是旋律。音樂(lè )的感受是一種非常私人化的體驗,當聽(tīng)眾出于不同的境遇,或是處在不同的心情下,音樂(lè )都會(huì )詮釋出不一樣的含義。
無(wú)線(xiàn)藍牙耳機流行了這么多年,擺脫了有線(xiàn)束縛,音樂(lè )達人能夠盡情dance,享受沉醉于無(wú)限音符所帶來(lái)動(dòng)感世界。
終究還是擋不住對音樂(lè )的狂熱,世界這么熱鬧,我只是想靜靜,這次音樂(lè )達人終于對降噪耳機下手了…
音樂(lè )音頻
說(shuō)到與到降噪耳機,不得不提BOSE,BOSS最早提出了降躁耳機的原理和概念。
最早的降噪耳機原理是這么說(shuō)的:“聲音的傳播是通過(guò)介質(zhì)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現,波與波之間如果呈反相則會(huì )在理論條件下相互抵消”。這個(gè)原理的提出者就是現在的音頻廠(chǎng)商Bose的創(chuàng )始人Amar G. Bose博士。我們現在用的降噪藍牙耳機正是基于這樣的原理,通過(guò)抵消外界的噪聲實(shí)現降噪效果的。
關(guān)于Bose創(chuàng )作降躁耳機的靈感,來(lái)源于一次旅途。相傳:1978年P(guān)rof. Amar Bose在飛機上接過(guò)一個(gè)耳機,由于飛機噪聲非常大,根本無(wú)法靜享音樂(lè ),于是….
降噪耳機靈感來(lái)源
降噪耳機靈感來(lái)源
降噪耳機靈感來(lái)源
降噪耳機靈感來(lái)源
降噪耳機靈感來(lái)源
降噪耳機靈感來(lái)源
關(guān)于降噪耳機降噪的原理:其實(shí)把接收到外界的音頻信號以合適的相位差與波幅比在耳機內疊加播放,消除外界聲音(降低外界聲音音量)
降噪耳機降噪的原理
通俗得講就是我們用的降噪耳機,里面是裝有麥克風(fēng)的,這個(gè)麥克風(fēng)除了接收我們說(shuō)話(huà)的聲音,還有個(gè)功能就是抓取外界的噪音。利用降噪耳機里的麥克風(fēng)收集外界的噪音聲波,然后系統通過(guò)運算分析,把噪音中和,生成一個(gè)相反的聲波來(lái)抵消外界噪音,從而實(shí)現降噪的效果,佩戴者也就感覺(jué)到安靜了。
一般意義上來(lái)說(shuō),耳機分為主動(dòng)降噪耳機和被動(dòng)降噪耳機兩種,區別主要在于降噪方法的不同,主動(dòng)降噪耳機就是通過(guò)耳機自帶的降噪系統產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波,從而實(shí)現降噪的效果。而被動(dòng)式降噪耳機主要通過(guò)包圍耳朵形成封閉空間,或者采用硅膠耳塞等隔音材料來(lái)達到降噪的效果。
主動(dòng)降噪耳機
主動(dòng)降噪耳機工作原理:
主動(dòng)降噪耳機比普通的耳機要復雜的多,需要在耳機中內置一個(gè)降噪模塊,它包含一個(gè)麥克風(fēng),用來(lái)接受外界的噪音,再經(jīng)過(guò)內部電路的計算,在耳機播放音樂(lè )的同時(shí)加入和外界噪音“反相”的聲波,從而將外界噪音抵消。
被動(dòng)式降噪耳機主要通過(guò)包圍耳朵形成封閉空間,或者采用硅膠耳塞等隔音材料來(lái)阻擋外界噪聲。
入耳式降噪耳機工作原理
被動(dòng)降噪耳機工作原理:
最常見(jiàn)的有入耳式耳塞和大耳罩設計的耳機,都可以劃分為被動(dòng)式降噪耳機。不過(guò)被動(dòng)降噪的缺點(diǎn)就在于其屏蔽的聲音大多為較高頻率的聲音,所以在一些規則的降噪場(chǎng)景中較為適用。但是對于一些低頻率的噪音就沒(méi)有那么好的隔絕效果了,所以在車(chē)內或者機艙等環(huán)境中,我們會(huì )發(fā)現被動(dòng)降噪的效果會(huì )被大大降低。
這里我們主要說(shuō)一下主動(dòng)降噪,主動(dòng)降噪分為前饋式降噪、反饋式降噪以及前饋式和反饋式結合三種降噪類(lèi)型。
前饋式、反饋式降噪
前饋式降噪是把麥克風(fēng)設計在遠離揚聲器的耳機外側,而反饋式降噪則是把麥克風(fēng)設計在揚聲器附近。前饋降噪更容易實(shí)現,而反饋降噪則能采集到的噪音信息和人耳聽(tīng)到的更接近,但麥克風(fēng)可能會(huì )被揚聲器的聲音影響,對算法的要求更高。
前饋式降噪音頻測試
降噪耳機音頻測試音頻指標優(yōu)化:
目前相對高端的降噪耳機大都糅合了被動(dòng)降噪、前饋和反饋式降噪相結合的設計,對噪音的屏蔽和消除有非常好的效果。主動(dòng)降噪耳機的缺點(diǎn)也同樣明顯,由于發(fā)聲單元會(huì )額外的發(fā)出抵消噪音的聲波,所以在音質(zhì)表現上還是會(huì )有所差別,聲音細節上會(huì )有所丟失。由于主動(dòng)降噪耳機的復雜結構和工作原理,價(jià)格上一般都會(huì )高上很多,大部分都在千元或者以上的價(jià)位,當然降噪耳機的售價(jià)高,有一部分是來(lái)源于量產(chǎn)成本,一個(gè)降噪性能非常好的耳機在生產(chǎn)過(guò)程必須要有一套非常成熟的音頻測試系統,包括音頻測試硬件設備,隔音箱,隔音房,全消聲室這些,還包括音頻測試分析軟件,用來(lái)分析降噪的聲學(xué)指標及參數。佳晨科技的音頻測試系統,成為眾多降噪耳機生產(chǎn)測試廠(chǎng)家一套完整的測試工具,為降噪耳機的生產(chǎn)及測試提供整合方案。
一、主動(dòng)降噪音耳機的開(kāi)發(fā)都必須分為兩個(gè)專(zhuān)業(yè)范疇去考慮,互相配合才能打造出卓越的主動(dòng)降噪耳機,這兩個(gè)范疇分別是電子方面(主動(dòng)部分)和聲學(xué)方面(被動(dòng)部分)。 靠電子元件的性能、芯片和線(xiàn)路的質(zhì)素和能力能夠達到卓越的耳機效果,但沒(méi)有聲學(xué)或結構上的好好配合,同樣無(wú)法完成一款好的耳機產(chǎn)品,所以廠(chǎng)商必須清楚地了解電和聲方面的知識或有專(zhuān)業(yè)的合作伙伴,才能事半功倍。
二、主動(dòng)降噪 降的是什么?
電子部分主導的所謂主動(dòng)降噪主要是負責低頻率范圍的噪音,一般由幾十Hz到1KHz至2KHz,而大部分2KHz 之上的噪音,基本上是靠被動(dòng)降噪,即結構上的考慮。所以想要有效果好且平衡的降噪感受,電和聲方面的配合也是非常關(guān)鍵。如果耳機的硬件結構不完善,例如隔音太強,造成主動(dòng)效果相對感覺(jué)變弱;又或者是隔音太差,造成漏音現象,影響了主動(dòng)式的作用,最終必然影響整體降噪效果。
在結構設計上,左右兩邊設計的平衡度也很重要,如密度、重量、線(xiàn)材和線(xiàn)長(cháng)都必須盡可能左右一致。否則便會(huì )難以調節,造成左右表現有所差異,那便絕對稱(chēng)不上優(yōu)質(zhì),而且也增加了生產(chǎn)的難度。
三、被動(dòng)降噪 能做什么?
在“聲”方面(被動(dòng)腔體部分), 就是包括單元和腔體部分,也是存在不少學(xué)問(wèn),簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就上面提到,主動(dòng)降噪主要是消除中低頻的噪音,所以單元和腔體配合下必須能夠有足夠能力輸出低頻訊號,用以抵消低頻的噪音。這樣也能協(xié)助”電” 方面(主動(dòng)部分) 不需花太多功夫為推動(dòng)低頻輸出,故意調到增益太大甚至需要額外驅動(dòng)芯片。 順帶一提,懂聲學(xué)的人也知道,單元本身有好的低頻表現也并不等于整合腔體后也必然有好的低頻表現,這也是需要聲學(xué)調節的。
四、頻響曲線(xiàn)如何調節?
頻響曲線(xiàn)方面,最好以整個(gè)腔體的曲線(xiàn)為參考,一般建議是從低頻幾十Hz到2Khz左右也盡量保持平均和平坦,這樣才令”電” 方面可以更好控制和更有效地設定有關(guān)的濾波。如果頻響曲線(xiàn)起伏太多或太大,就可能難以實(shí)現最佳降噪的強度和寬度,又或者要非常復雜的濾波去配合,這樣很大機會(huì )影響音質(zhì)表現。尤其所謂的“反聲”往往是曲線(xiàn)起伏太大,導致濾波調節程度未能完全跟隨所造成,令某些頻率的噪音訊號反而會(huì )變得明顯突出。這都是工程們不愿意看到的。 當然耳機本身的頻響曲線(xiàn)和聲音表現有極大的關(guān)系,開(kāi)發(fā)者在滿(mǎn)足客戶(hù)對音色的喜好之余也要在降噪效果上取得平衡,否則聲音太好而降噪表現遜色,又或者降噪出色而欠奉好的音色,那便未免太可惜了。 另一做法是讓被動(dòng)腔體曲線(xiàn)保持平均和平坦,音色平均,但在開(kāi)啟主動(dòng)降噪時(shí),以均衡器作頻響曲線(xiàn)的調節去達到客戶(hù)所要求的聲音音色,也是一種方法。 以往主動(dòng)降噪音功能有一個(gè)大問(wèn)題,就是開(kāi)關(guān)降噪功能時(shí)的聲音音色表現的選擇和差異。有些商家希望能在被動(dòng)和主動(dòng)模式時(shí)的音色也能保持一致,有些商家希望主動(dòng)式時(shí)音色更好,或低音更強勁。早期很多用分離器件的主動(dòng)降噪方案,因為驅動(dòng)力的問(wèn)題,往往在主動(dòng)模式時(shí),聲音的中低頻也被抵消掉,導致主動(dòng)模式時(shí)的聲音反而差了。所以開(kāi)發(fā)者必須注意這點(diǎn),但隨著(zhù)開(kāi)發(fā)商的經(jīng)驗和芯片方案的驅動(dòng)能力和靈活性,低頻補償都已經(jīng)不是一個(gè)大問(wèn)題了。
五、降噪曲線(xiàn)如何看?
評估一臺主動(dòng)降噪音耳機的表現,不外乎測量一下其降噪的曲線(xiàn),一般具備專(zhuān)用的人工耳和相關(guān)軟件便可(如B&K、GRAS、“吉高”等),主要測量三條曲線(xiàn),如下圖。 一是環(huán)境噪音曲線(xiàn)(綠色),二是被動(dòng)降噪曲線(xiàn)(紫色)和被動(dòng)加主動(dòng)降噪曲線(xiàn)(藍色)。我們通常從曲線(xiàn)下降幅度的多少去評估耳機降噪的表現,如被動(dòng)的隔音有多好,開(kāi)啟主動(dòng)降噪后的衰減程度等等。以被動(dòng)和主動(dòng)的對應數值相減便能反映出主動(dòng)降噪所做到的衰減程度,前面提到了,主動(dòng)降噪的有效范圍主要都是由幾十Hz至1KHz、2KHz左右,而被動(dòng)降噪則一般于1KHz之后的高頻段。
如上圖展示的耳機降噪曲線(xiàn)圖,在100Hz可達最高25dB的衰減,范圍由幾十Hz一直伸延至接近2KHz,幅度比較平均。 一般較為優(yōu)質(zhì)的主動(dòng)降噪耳機都能消減達20dB 以上的噪音,當然衰減數值越大、代表降噪能力越大。但大家也不要單單只參考數值,因為實(shí)際的降噪能力和聽(tīng)覺(jué)感受才最真實(shí)。有不少開(kāi)發(fā)商只追求最高的dB數值,23dB不夠、調至25dB,25dB也不夠, 追求30dB甚至以上,這樣做往往忽略了降噪范圍和平均性。 以聽(tīng)覺(jué)感受的經(jīng)驗來(lái)說(shuō),若主動(dòng)降噪衰減dB值達22dB或之上,再大的dB值,對聽(tīng)覺(jué)感受之影響已經(jīng)不會(huì )很明顯,反而降噪范圍的寬度會(huì )更加影響實(shí)際感受。如降噪范圍能伸延至1KHz和只是伸延至800Hz 的分別會(huì )很明顯。
六、影響主動(dòng)降噪的因素還有哪些?
降噪寬度和強度除了與電子部分調節有關(guān)外,跟被動(dòng)腔體曲線(xiàn)也有很大的關(guān)系。如果曲線(xiàn)能保持平均和平坦至更高的頻段,很大程度可讓主動(dòng)降噪延伸得更寬,所以降噪的強度和寬度應該取得一個(gè)恰到好處的平衡,才能讓降噪能力發(fā)揮到最好。 當一臺優(yōu)質(zhì)的主動(dòng)降噪耳機完成設計,接下來(lái)的必經(jīng)階段當然就是生產(chǎn)部分。主動(dòng)降噪耳機和一般耳機不同之處是,它會(huì )配備兩個(gè)甚至更多的麥克風(fēng)用作收集噪音, 所以收集噪音的麥克風(fēng)必須優(yōu)質(zhì)而且有一致的靈敏度,才不會(huì )讓不同的耳機、甚至同一部耳機的左右效果有所差別。 而且麥克風(fēng)的靈敏度也不能太低,一般最好能控制在±1dB或以?xún)?,否則不同樣機的效果可能也是參差不齊的。當然有些數字方案可能配備自動(dòng)校準功能,但這也需要生產(chǎn)設備的配合。此外,主動(dòng)降噪耳機在喇叭單元等其它硬件組裝方面也必須保持程度的一致性,才能減少降噪效果的差異,讓生產(chǎn)過(guò)程更為順利、簡(jiǎn)單。
希望這篇簡(jiǎn)單的分享能幫助大家更好地了解和開(kāi)發(fā)主動(dòng)降噪功能,期待更多優(yōu)質(zhì)的降噪TWS耳機早日出現在市場(chǎng)上。最后,佳晨科技友情提示您,在戶(hù)外,特別是交通道路上,請扔掉您的降噪耳機,音樂(lè )融掉了你的耳朵,當心出現安全事故。
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