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發(fā)布日期：2022-11-27 22:18:18 瀏覽：

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當(dāng)我們乘坐公交車、火車、飛機(jī)等交通工具的時(shí)候，是否常常遇到用耳機(jī)聽歌或者通過耳機(jī)進(jìn)行通話時(shí)，仍然會(huì)遭到周圍環(huán)境的噪音的干擾？面對(duì)跑進(jìn)耳朵里的惱人的噪音，我們除了用密封性更好的耳塞，或者將耳機(jī)音量放的更大，其實(shí)我們還可以主動(dòng)出擊，采用主動(dòng)降噪技術(shù)，將噪聲消除掉。

主動(dòng)降噪技術(shù)其實(shí)由來(lái)已久，此前主要被應(yīng)用于一些專業(yè)領(lǐng)域，比如航空領(lǐng)域、高端汽車、軍用耳機(jī)、高端專業(yè)級(jí)頭戴式耳機(jī)產(chǎn)品當(dāng)中。不過，隨著消費(fèi)類耳機(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)展，主動(dòng)降噪技術(shù)也開始被應(yīng)用于消費(fèi)類耳機(jī)市場(chǎng)。

而隨著無(wú)線音頻傳輸技術(shù)的成熟，特別是隨著蘋果AirPods的大獲成功，真無(wú)線藍(lán)牙（TWS）耳機(jī)市場(chǎng)徹底爆發(fā)。眾多消費(fèi)類耳機(jī)品牌廠商、數(shù)碼品牌廠商、手機(jī)品牌廠商也紛紛殺入這個(gè)市場(chǎng)，再加上上游的TWS芯片廠商的推動(dòng)，TWS耳機(jī)體驗(yàn)快速提升，但是同質(zhì)化現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重，價(jià)格也是持續(xù)快速走低。

而為了進(jìn)一步提升產(chǎn)品的體驗(yàn)和競(jìng)爭(zhēng)力，去年索尼率先在其推出的新款TWS耳機(jī)當(dāng)中加入了主動(dòng)降噪功能。隨后，蘋果在新推出的AirPods Pro也加入了主動(dòng)降噪功能，并受到了用戶的追捧。很快不少的TWS耳機(jī)廠商也開始跟進(jìn)，但是由于技術(shù)和成本的原因，目前主動(dòng)降噪功能只被應(yīng)用在一些高端的TWS耳機(jī)上。不過，隨著技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，主動(dòng)降噪功能或?qū)⒊蔀門WS耳機(jī)新標(biāo)配。

一、主動(dòng)降噪技術(shù)發(fā)展歷程

1、什么是主動(dòng)降噪技術(shù)？

噪聲是指發(fā)聲體做無(wú)規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音。聲音由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，以波的形式在一定的介質(zhì)（如固體、液體、氣體）中進(jìn)行傳播。從生理學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，凡是干擾人們休息、學(xué)習(xí)和工作以及對(duì)所要聽的聲音產(chǎn)生干擾的聲音，即不需要的聲音，統(tǒng)稱為噪聲。當(dāng)噪聲對(duì)人及周圍環(huán)境造成不良影響時(shí)，就形成噪聲污染。產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)，各種機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)造和使用，給人類帶來(lái)了繁榮和進(jìn)步，但同時(shí)也產(chǎn)生了越來(lái)越多而且越來(lái)越強(qiáng)的噪聲。

一般而言，消除或者降低噪聲通常采用三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過程中降噪和在人耳處降噪；但是這幾種方式都是被動(dòng)的，實(shí)際使用過程中往往呈現(xiàn)出低頻降噪效果差等缺點(diǎn)。為了主動(dòng)地消除噪聲，人們發(fā)明了“有源消聲”這一技術(shù)，也就是主動(dòng)降噪技術(shù)。

可以認(rèn)為所有的聲音都由一定的頻譜和能量組成。從接收噪聲源著手，通過電聲處理，運(yùn)算出反相的波，并通過內(nèi)置音頻處理電路進(jìn)行放大和重放，相互反相的聲音將會(huì)疊加，噪聲的振幅將會(huì)大幅衰減，從而降低了噪聲。

用一句話來(lái)概括主動(dòng)降噪的原理：通過發(fā)出與噪聲相位相反，頻率、振幅相同的聲波與噪聲干涉實(shí)現(xiàn)相位抵消。

想要理解這句話，首先要明白聲音是什么？相位和振幅是什么？干涉又是如何發(fā)生的。

我們平時(shí)聽到的聲音，實(shí)質(zhì)上是空氣被擠壓并不斷傳遞的現(xiàn)象。

空氣受到擠壓，自然就會(huì)有壓縮部分和稀疏部分。這兩個(gè)部分彼此交錯(cuò)出現(xiàn)，交替一次視作一個(gè)周期，而一秒鐘內(nèi)變化多少個(gè)周期就叫做頻率。我們聽到的聲音往往由許多具有不同頻率的聲音組合而成，他們不光是頻率不同，被壓縮/拉伸的程度也不同，也就是振幅不一樣，聽起來(lái)聲音的大小也就不一樣。

相位的意思也很簡(jiǎn)單，某一個(gè)時(shí)刻聲波處于一個(gè)周期內(nèi)的位置就是相位。如果我們規(guī)定空氣被壓縮的最厲害的地方是相位的零點(diǎn)，那么半個(gè)周期之后，空氣變得最為稀疏的地方，相位就變成180°。等到空氣再次被壓縮得最密集時(shí)，就經(jīng)過了一整個(gè)周期，相位變化了360°又重新變?yōu)?°。

如果我們有兩個(gè)頻率接近或者一樣的聲音疊加在一起合成一個(gè)聲音，他們的振幅會(huì)變大或者變小又或者不變，這個(gè)現(xiàn)象就叫做干涉。如果這兩個(gè)聲音相位一致：你振幅最大時(shí)我也最大，你最小時(shí)我也最小，那么合成出來(lái)的聲音振幅就變大，聽起來(lái)也就變更響了。如果兩個(gè)聲音頻率是一樣的，振幅也是一樣的，但是相位偏偏相反：兩個(gè)聲波處處相反，彼此抵消，聲音就被消除了。

目前主動(dòng)降噪技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)生活中得到應(yīng)用；但是受制于成本、性能等各方面因素限制，其應(yīng)用范疇還比較局限。常見的應(yīng)用范圍包括：主動(dòng)降噪耳機(jī)、封閉空間有源噪聲控制等。

以下從兩例典型應(yīng)用即主動(dòng)降噪耳機(jī)和汽車車內(nèi)噪聲主動(dòng)控制出發(fā)，探究主動(dòng)降噪技術(shù)的技術(shù)沿革和當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析該技術(shù)未來(lái)的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。

2、降噪耳機(jī)分類及原理

降噪耳機(jī)是一種很常見的護(hù)耳器，在人們的日常生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。降噪耳機(jī)由弓形頭環(huán)連接兩個(gè)半球形殼體組成，殼體上附帶有吸聲材料和密封墊圈，適用于存在噪聲污染的環(huán)境，降噪量一般在 20 dB 以上，可以單獨(dú)使用，也可以與耳塞結(jié)合使用，脫戴方便，但是長(zhǎng)時(shí)間佩戴后會(huì)有悶熱等不適感。

按照降噪方式，降噪耳機(jī)可以分為被動(dòng)降噪耳機(jī)（無(wú)源降噪耳機(jī)）和主動(dòng)降噪耳機(jī)（有源降噪耳機(jī)）。

（1）被動(dòng)降噪耳機(jī)（無(wú)源降噪耳機(jī)）

傳統(tǒng)的降噪耳機(jī)一般都是被動(dòng)降噪耳機(jī)，又稱無(wú)源降噪耳機(jī)；是利用隔聲原理降低噪聲的個(gè)人防護(hù)裝置，具有佩戴方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。被動(dòng)降噪耳機(jī)在高頻段有著良好的降噪性能，但是由于耳機(jī)體積和重量的限制，在 500 Hz 以下低頻段的降噪性能較差。

（2）主動(dòng)降噪耳機(jī)（有源降噪耳機(jī)）

包含有源降噪系統(tǒng)的耳機(jī)，一般稱作主動(dòng)降噪耳機(jī)，又稱有源降噪耳機(jī)。有源降噪系統(tǒng)有良好的低頻降噪性能，可以實(shí)現(xiàn)在較寬的頻帶上良好的降噪性能。

那么主動(dòng)降噪耳機(jī)具體是怎么實(shí)現(xiàn)這個(gè)抵消噪聲的過程的呢？

想要產(chǎn)生用于抵消噪聲的聲波，首先要得到噪聲的信息才可以。主動(dòng)降噪耳機(jī)設(shè)有反饋麥克風(fēng)用于采集環(huán)境中的噪聲信號(hào)。這里有一個(gè)先后順序的問題：先采集噪聲，但是要與噪聲同時(shí)產(chǎn)生抵消音才能夠降噪。所以處理器會(huì)根據(jù)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻噪聲的情況，并產(chǎn)生相應(yīng)抵消聲波。

為了保證降噪質(zhì)量，還需要一個(gè)反饋麥克風(fēng)用來(lái)檢測(cè)所合成后的噪聲是否真的變小了。這時(shí)處理器會(huì)根據(jù)這個(gè)反饋麥克風(fēng)測(cè)量到的結(jié)果，對(duì)處理過程進(jìn)行調(diào)整從而進(jìn)一步降低合成后的噪聲音量，這叫做自適應(yīng)過程。好比處理器變聰明了，能夠根據(jù)消噪的效果不斷調(diào)整自己，以達(dá)到最佳降噪效果。

二、主動(dòng)降噪耳機(jī)技術(shù)的分類、技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)品鏈

1. 主動(dòng)降噪耳機(jī)的分類

主動(dòng)降噪耳機(jī)按照控制電路分類可以分為模擬式和數(shù)字式，按照控制結(jié)構(gòu)分類可以分為前饋式、反饋式和復(fù)合式。

（1）前饋式主動(dòng)降噪耳機(jī)

前饋式主動(dòng)降噪耳機(jī)使用前饋式有源噪聲控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)又稱開環(huán)式噪聲控制系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。這種系統(tǒng)一般需要被控制的初級(jí)聲場(chǎng)的聲音信息，通常稱為參考信號(hào)。參考信號(hào)送到前饋式控制器，經(jīng)過控制器處理后，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出該聲音信號(hào)產(chǎn)生次級(jí)聲場(chǎng)，進(jìn)而和實(shí)際通過物理途徑中傳來(lái)的原始聲波信號(hào)相疊加，誤差傳聲器檢測(cè)初級(jí)聲場(chǎng)和次級(jí)聲場(chǎng)的疊加所形成的誤差信號(hào)，送到控制器中，控制器根據(jù)特定的算法調(diào)整次級(jí)聲源信號(hào)的強(qiáng)度。

前饋式有源噪聲控制的優(yōu)點(diǎn)是外面的麥克風(fēng)接收的是純?cè)肼暎⒉唤邮绽劝l(fā)出的聲音，所以系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)，不會(huì)引起任何的閉環(huán)振蕩和嘯叫，因此可以獨(dú)立地調(diào)試電路，使降噪的效果達(dá)到最佳。但噪聲經(jīng)過揚(yáng)聲器并在揚(yáng)聲器內(nèi)多次反射，其大小和相位已發(fā)生變化，外面的麥克風(fēng)采集到的噪聲與揚(yáng)聲器內(nèi)的噪聲將有很大的不同，且外部噪聲的方向性很強(qiáng)，難以使用同一電路滿足來(lái)自不同方向的噪聲的降噪要求，這些都是在前饋式有源降噪耳機(jī)的設(shè)計(jì)中需要克服的問題。

（2）反饋式主動(dòng)降噪耳機(jī)

反饋式主動(dòng)降噪耳機(jī)使用反饋式有源噪聲控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)又稱閉環(huán)式噪聲控制系統(tǒng)，它比前饋式系統(tǒng)少了一個(gè)參考傳聲器，其典型結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。雖然系統(tǒng)構(gòu)成上得以簡(jiǎn)化，但是應(yīng)用范圍也大大縮小。

次級(jí)聲源發(fā)出的信號(hào)將由參考傳聲器和誤差傳聲器共同決定。前饋式系統(tǒng)可以減弱參考傳聲器檢測(cè)到的與初級(jí)噪聲相關(guān)的噪聲，反饋式系統(tǒng)則對(duì)窄帶噪聲十分有效。

（3）復(fù)合式主動(dòng)降噪耳機(jī)

復(fù)合式主動(dòng)降噪耳機(jī)是同時(shí)采用了前饋式主動(dòng)降系統(tǒng)和反饋式主動(dòng)降噪系統(tǒng)，兩者結(jié)合使用，可以增強(qiáng)有源噪聲控制系統(tǒng)的靈活性，從而比使用單一結(jié)構(gòu)獲得更好的降噪效果，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、成本也比較高。

▲索尼前后雙反饋藍(lán)牙無(wú)線降噪耳機(jī)WF-1000XM3內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2. 耳機(jī)降噪性能極限

傳入人耳的噪聲主要有兩個(gè)途徑，分別是通過耳道中空氣傳播和通過人體組織傳播。耳機(jī)只能隔絕通過耳道內(nèi)空氣傳播的聲音，所以耳機(jī)存在一個(gè)降噪性能的極限，即骨導(dǎo)傳聲閾值。此前有大量的研究者對(duì)于骨導(dǎo)傳聲的閾值進(jìn)行了研究。

根據(jù)研究顯示，在 100 Hz 至 10 kHz 的范圍內(nèi)骨導(dǎo)傳聲的極限基本在 50 dB 至 70 dB 之間，如圖 6 所示。

這些研究同時(shí)也表明，為提高耳機(jī)的降噪量，可使用組合降噪的方法。但無(wú)論采用何種方式，均無(wú)法突破耳機(jī)降噪性能極限。

三、產(chǎn)業(yè)鏈概要與典型產(chǎn)品示例

1. 產(chǎn)業(yè)鏈概要

主動(dòng)降噪的概念是Bose博士在1978年一次飛行旅途中由于受不了飛機(jī)的噪音而提出的。1989年，Bose公司第一個(gè)生產(chǎn)出了有源降噪的產(chǎn)品，專為飛行員設(shè)計(jì)的主動(dòng)降噪耳機(jī)，而且一上市就得到了美軍的大單。

經(jīng)過多年發(fā)展，國(guó)外主動(dòng)降噪耳機(jī)的研制和生產(chǎn)都已比較成熟，生產(chǎn)廠家也比較多，包括Bose、Sennheiser、Telex、NCT、AKG、飛利浦，日本的索尼、愛華等。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工廠主要有歌爾聲學(xué)、立訊精密、深圳冠旭電子、萬(wàn)魔聲學(xué)（1More）等。此外，國(guó)內(nèi)一些傳統(tǒng)的數(shù)碼品牌廠商和手機(jī)品牌廠商目前也進(jìn)入到了TWS耳機(jī)市場(chǎng)，不少已推出或正在研發(fā)支持主動(dòng)降噪的TWS耳機(jī)。

（1）主要技術(shù)方案商與科研機(jī)構(gòu)

目前國(guó)際上主要的技術(shù)方案大都被國(guó)外大型音響或耳機(jī)公司掌握，它們是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)方案商，也同時(shí)是產(chǎn)品布局和市場(chǎng)占有率較高的生產(chǎn)廠商。

目前國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)以中科院聲學(xué)所和南京大學(xué)聲學(xué)所為主力在該領(lǐng)域開展研究工作，其研究方向不局限于耳機(jī)類產(chǎn)品。深圳冠旭電子有限公司等生產(chǎn)廠商也擁有自己獨(dú)立的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，是目前國(guó)內(nèi)具有代表性的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案商和生產(chǎn)廠商。

（2）主要生產(chǎn)廠商

傳統(tǒng)的耳機(jī)品牌廠商以及現(xiàn)在的眾多智能手機(jī)廠商，都有推出自主品牌的主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品。值得一提的是，歌爾聲學(xué)股份有限公司作為全球領(lǐng)先的微型揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠商，是蘋果、三星等大型終端廠商的重要供應(yīng)商。立訊精密則是蘋果AirPods Pro的代工方。

這里需要補(bǔ)充的是，萬(wàn)魔聲學(xué)也自主研發(fā)了全時(shí)主動(dòng)降噪技術(shù)，同時(shí)還自主規(guī)劃了Tiinlab A2專屬主動(dòng)降噪芯片，并應(yīng)用到了自家的降噪耳機(jī)產(chǎn)品當(dāng)中。

2. 幾款典型主動(dòng)降噪耳機(jī)簡(jiǎn)介

主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品繁多，價(jià)格相對(duì)于普通耳機(jī)昂貴不少。以下僅列舉幾例典型的主動(dòng)降噪耳機(jī)（主要列舉主動(dòng)降噪TWS耳機(jī)）作為示例。

（1）Bose QuietComfort系列

作為全球首家（1989年）推出主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品的廠商，Bose在降噪技術(shù)上的實(shí)力無(wú)疑是非常強(qiáng)的。

2000年，Bose首度針對(duì)消費(fèi)性市場(chǎng)推出了主動(dòng)式抗噪耳機(jī)Quietcomfort，自此之后，Quietcomfort成為了Bose主動(dòng)式抗噪耳機(jī)的產(chǎn)品系列名稱。該系列產(chǎn)品使用 Bose 專利的 Acoustic Noise Cancelling 有源消噪技術(shù)。

▲Bose Quietcomfort 15

其中Quietcomfort 15于2009年中推出之后，Bose一直到2013年才入耳式主動(dòng)降噪耳機(jī)Quietcomfort 20，2014年才推出新一代的頭戴式主動(dòng)式降噪耳機(jī)Quietcomfort 25，產(chǎn)品換代周期高達(dá)四五年之久，這在消費(fèi)類數(shù)碼產(chǎn)品市場(chǎng)是很少見的，Bose抗噪耳機(jī)在市場(chǎng)受歡迎的程度，由此可見一斑。

▲Quietcomfort 20

（2）索尼WF系列

作為BOSE的老對(duì)手，索尼在降噪耳機(jī)市場(chǎng)也是深耕多年。特別是近幾年推陳出新的步伐非常的快。在2017年，索尼在IFA大會(huì)上就發(fā)布了三款主動(dòng)降噪耳機(jī)，其中WF-1000X（降噪豆）是繼蘋果AirPods之后的又一款引起外界極大關(guān)注的真無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)，并且還首度加入了主動(dòng)降噪功能。

▲WF-1000X

不過由于WF-1000X僅采用了“Feed-Forward”前饋式降噪方案，因此在降噪效果上仍不夠完美，并且市場(chǎng)反饋其開啟降噪功能后有較大的延遲效應(yīng)。

▲WF-1000XM3

于是在2019年7月5日，索尼又推出了首款支持前后雙反饋的TWS降噪耳機(jī)——WF-1000XM3，而這勢(shì)必會(huì)將TWS耳機(jī)的降噪體驗(yàn)提升到一個(gè)全新的高度。不過，由于前后雙反饋方案所帶來(lái)的成本的提升，也使得WF-1000XM3的定價(jià)相比2017年發(fā)布的WF-1000X還高出了100塊。

（3）三星Level In ANC系列

早在2016年，三星就曾推出支持主動(dòng)降噪的Level In ANC系列有線耳機(jī)，其主動(dòng)降噪功能最高支持降噪20db環(huán)境噪音，而且支持專門的式“Talk-in Mode”，該功能將臨時(shí)關(guān)閉降噪功能，以便在需要的時(shí)候聽到環(huán)境音。此后，三星還推出了多款Level In ANC系列有線耳機(jī)。

▲Level In ANC系列有線耳機(jī)

在今年三星S20系列發(fā)布會(huì)上，三星正式發(fā)布了Galaxy Buds+真無(wú)線耳機(jī)。而最新的消息顯示，三星很快將會(huì)推出一款支持主動(dòng)降噪功能Galaxy Buds系列TWS耳機(jī)。

（4）蘋果AirPods Pro

2019年10月20日，蘋果官方悄然上線了第三代的AirPods無(wú)線耳機(jī)——AirPods Pro，國(guó)行定價(jià)1999元。相比之前的上一代的AirPods來(lái)說，AirPods Pro帶來(lái)了很大的升級(jí)，不僅內(nèi)置了定制的Apple H1無(wú)線芯片，還支持最新的藍(lán)牙5.0技術(shù)，同時(shí)還加入了主動(dòng)降噪模式，支持IPX4防水。

另外，為了解決佩戴密閉性較高的入耳式耳機(jī)之后，對(duì)于外界聲音的隔離，導(dǎo)致用戶感知外界聲音能力降低的問題（比如，邊聽歌邊與人交流時(shí)，比如過馬路時(shí)的汽車?guó)Q笛），AirPods Pro還特別加入了“通透模式”，即借助外向式和內(nèi)向式麥克風(fēng)相互配合，使得AirPods Pro能夠消除耳機(jī)本身對(duì)于外界聲音的隔離。

（5）華為FreeBuds 3

華為公司早在2014 年就推出了其首款主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品 AM180，該耳機(jī)配備專屬降噪電路，包括定制高靈敏度 MEMS 硅麥和專業(yè)級(jí)降噪芯片，360°全方位準(zhǔn)確拾取環(huán)境噪音。相比于同類型產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和尺寸簡(jiǎn)單便捷，價(jià)格也更加親民。

2019年9月，華為發(fā)布了全球首款采用開放式設(shè)計(jì)，同時(shí)支持主動(dòng)降噪的TWS耳機(jī)FreeBuds 3。其搭載了麒麟A1芯片，支持骨聲紋通話降噪，也是首款真正的藍(lán)牙5.1無(wú)線耳機(jī)，定價(jià)1199元。

▲華為FreeBuds 3

（6）榮耀Flypods 3

在蘋果推出支持主動(dòng)降噪的AirPods Pro之后，2019年11月，榮耀也發(fā)布了一款TWS無(wú)線耳機(jī)FlyPods 3，這款產(chǎn)品同樣也加入了主動(dòng)降噪功能，售價(jià)799元，并于2020年3月5日正式開售。

▲榮耀Flypods 3

（7）萬(wàn)魔聲學(xué)

作為近幾年在耳機(jī)快速崛起的新銳品牌1More，此前就曾推出過多款主動(dòng)降噪耳機(jī)（比如1More高清降噪圈鐵耳機(jī)Lightning數(shù)字版)。而在2019年的CES展上，1More也展示了旗下首款前后雙反饋降噪方案的TWS耳機(jī)。

▲1MORE真無(wú)線降噪耳機(jī)

2019年10月，1MORE真無(wú)線降噪耳機(jī)正式發(fā)布。其采用了高通全新的TrueWirelss Stereo Plus技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙耳與手機(jī)直連。支持藍(lán)牙5.0，連接更加穩(wěn)定。同時(shí)，還加入了雙麥主動(dòng)降噪性能。

（8）漫步者NB系列

今年1月，漫步者推出了旗下首款支持主動(dòng)降噪功能的TWS耳機(jī)——漫步者TWS NB。可支持3種模式，分別是主動(dòng)降噪，被動(dòng)降噪以及環(huán)境音偵聽，用戶根據(jù)自身需求調(diào)整合適模式則可，而ANC主動(dòng)降噪則是通過高靈敏度麥克風(fēng)拾取外接環(huán)境噪音，并通過高精密計(jì)算方向聲波來(lái)消除周圍噪音，給出更佳的聽音環(huán)境。

幾個(gè)月之后，漫步者又很快推出了TWS NB2，官方稱NB2的降噪效果相比NB1提升了28%，達(dá)到35db，并且支持ip54級(jí)防水防塵。不過，NB2只支持sbc編解碼，不支持aptx編解碼。定價(jià)599元。

除了以上介紹的相關(guān)廠商推出的主動(dòng)降噪耳機(jī)產(chǎn)品之外，OPPO、vivo、出門問問等廠商也都有推出支持主動(dòng)降噪功能的TWS耳機(jī)。由于篇幅有限，這里就不一一介紹了。

四、主動(dòng)降噪核心芯片供應(yīng)商

耳機(jī)降噪的重點(diǎn)在于準(zhǔn)確采集噪聲、快速處理后輸出抵消的反相聲波，同時(shí)還要具備盡量低的功耗以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航。主動(dòng)降噪最核心的3個(gè)部分是ADC、DSP和DAC，目前主流的廠商都采取了SoC集成的方式。

1、艾邁斯半導(dǎo)體（ams）

目前市場(chǎng)上理想的降噪芯片供應(yīng)商并不多，效果比較好且應(yīng)用比較多的應(yīng)該是的ams(奧地利微電子)公司的方案。索尼、森海塞爾、AKG、飛利浦、FIIL、華為等眾多耳機(jī)品牌的降噪耳機(jī)都有采用ams的降噪芯片。

此前很多主流中高端降噪耳機(jī)產(chǎn)品中，比較多采用的是ams的AS3435及AS3415兩種方案，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)外圍元器件需求低，而且性能穩(wěn)定。華為早前推出的有線降噪耳機(jī)華為AM180就采用了ams的AS3415降噪芯片。

AS3415是模擬主動(dòng)降噪IC，用于前饋式主動(dòng)降噪耳機(jī)的解決方案，尺寸為5mm*5mm，采用了QFN32封裝，>25dB降噪。

▲華為AM180內(nèi)部的AS3415芯片

2019年，ams針對(duì)TWS耳機(jī)發(fā)布了全新的降噪芯片AS3460，與以往的模擬信號(hào)方案相比，升級(jí)至數(shù)字信號(hào)方案的AS3460，具備高達(dá)40dB的降噪能力。通過“自動(dòng)預(yù)設(shè)與選擇”功能，可以根據(jù)不同的環(huán)境場(chǎng)景調(diào)整降噪?yún)?shù)，從而可以靈活自然的進(jìn)行降噪效果切換。

AS3460還具有聲學(xué)泄露補(bǔ)償算法，可以支持佩戴舒適度更高的半入耳式TWS耳機(jī)的主動(dòng)降噪。針對(duì)不完全密封的聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（比如眼鏡佩戴導(dǎo)致的罩耳式耳機(jī)聲學(xué)泄露），AS3460也可以助其達(dá)到最佳性能。

▲AS3460

作為一款針對(duì)TWS耳機(jī)的主動(dòng)降噪芯片，AS3460的封裝尺寸只有3×3×0.8mm，內(nèi)部還集成非常小的電源管理模塊、Flash存儲(chǔ)以及晶振，這也讓耳機(jī)設(shè)計(jì)出小尺寸成為可能。此外，其還集成了低延遲低功耗的“聽覺強(qiáng)化引擎”，此結(jié)構(gòu)在無(wú)線藍(lán)牙系統(tǒng)中僅占<5mW的功耗。

（2）高通

早在2017年，高通就推出了號(hào)稱是全球首款集成主動(dòng)降噪功能的藍(lán)牙音頻SoC——CSR8675。

據(jù)介紹，CSR8675是一款具備嵌入式120Mhz 24位DSP的全集成Flash平臺(tái)，它還支持Qualcomm aptX和Qualcomm aptX HD音頻技術(shù)，可通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音頻，集成的ANC技術(shù)，使得其降噪性能可高達(dá)23dB。

隨后，在2018年，高通又推出了支持混合式主動(dòng)降噪功能的新款低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)級(jí)芯片QCC5100系列。據(jù)說降噪效果為25dB。

今年3月，高通發(fā)布了全新一代無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)芯片——QCC514x和QCC304x SoC。這兩款芯片除了都支持高通的TrueWireless鏡像技術(shù)之外，芯片內(nèi)部也都集成了專用硬件，可以實(shí)現(xiàn)高通的混合主動(dòng)降噪技術(shù)，并且支持語(yǔ)音助手。

資料顯示，QCC514x系列基于32位可編程應(yīng)用CPU核心，主頻最高80MHz，搭配兩個(gè)高通可配置Kalimba DSP，頻率均為120MHz，80KB 256KB RAM，支持藍(lán)牙5.0標(biāo)準(zhǔn)，傳輸率2Mbps，平均功耗約5mAh(A2DP)。

在封裝和尺寸方面，QCC5141采用94針WLCSP封裝，QCC5144采用90針的BGA封裝，尺寸均為4.37×4.26毫米。

總的來(lái)說，QCC514x系列面向一些高端市場(chǎng)，QCC304x則面向中低端市場(chǎng)。

（3）亞德諾半導(dǎo)體（ADI）

作為高性能模擬技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)大廠，ADI也有一系列專用降噪解決方案，例如ADAU1787 ANC SoC解決方案。

據(jù)介紹，ADAU1787可提供4路ADC輸入接口和4路數(shù)字麥克風(fēng)輸入，且這些輸入口是并行輸入，所以ADAU1787可以實(shí)現(xiàn)單芯片應(yīng)用于混合降噪耳機(jī)。同時(shí)，ADAU1787具有獨(dú)特的雙核設(shè)計(jì)，F(xiàn)astDSP核做主動(dòng)降噪濾波器處理，SigmaDSP核做EQ后處理，對(duì)降噪處理后損失的音樂中低頻部分做補(bǔ)償。ADAU1787采用的是2.3*2.8 mm的BGA封裝，尺寸非常的小，在1.8V供電功耗僅約為6-7mW，非常適合功耗和芯片體積要求更嚴(yán)苛的TWS耳機(jī)。

△ADAU1787簡(jiǎn)化功能框圖

（4）Dialog半導(dǎo)體

2019年6月，Dialog半導(dǎo)體宣布，推出了支持主動(dòng)降噪功能的高度集成音頻編解碼器芯片DA740x。

據(jù)介紹，DA7401/DA7402支持前饋式和反饋式主動(dòng)降噪拓?fù)洌瑫r(shí)也支持全混合模式，支持高達(dá)35 dB抑制，并提供專用校準(zhǔn)和調(diào)諧工具，以支持?jǐn)?shù)字主動(dòng)降噪。可提供高性能主動(dòng)降噪和最佳的音頻質(zhì)量及最長(zhǎng)的電池續(xù)航能力。該芯片系列與音頻接口類型無(wú)關(guān)，這意味著它在有線和無(wú)線應(yīng)用中都可使用。

其中，DA7402是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上最小的數(shù)字主動(dòng)降噪編解碼器之一，其功耗僅為當(dāng)今領(lǐng)先芯片解決方案的一半，而音頻性能則提高了一倍，使其成為運(yùn)動(dòng)耳機(jī)、智能耳戴式設(shè)備、真無(wú)線立體聲（TWS）耳機(jī)、統(tǒng)一通信耳機(jī)及更多耳機(jī)產(chǎn)品的理想選擇。

作為DA7402的衍生版本，DA7401則是一款專為TWS耳機(jī)和智能耳戴式設(shè)備設(shè)計(jì)的高性能單聲道主動(dòng)降噪編解碼器。

（4）其他

除了以上一些主動(dòng)降噪芯片廠商之外，很多的耳機(jī)品牌廠商也有自研主動(dòng)降噪芯片。

索尼

比如，索尼無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)WF-SP900就內(nèi)置了其第三代降噪芯片QN1 HD。去年推出的TWS耳機(jī)WF-1000XM3也搭載了其最新的低功耗HD降噪處理器QN1e。

據(jù)介紹，QN1e集成了數(shù)字降噪、24bit聲音信號(hào)處理器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和放大器，可實(shí)現(xiàn)高信噪比和低失真音效。

蘋果

蘋果AirPods Pro首次加入了主動(dòng)降噪功能，其內(nèi)部的Apple H1芯片也主要承擔(dān)了主動(dòng)降噪的處理。

根據(jù)資料顯示，Apple H1芯片內(nèi)部集成了處理藍(lán)牙連接的調(diào)制解調(diào)器，用于解碼壓縮音頻流的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）以及用于處理傳感器信息的協(xié)處理器。

雖然，蘋果并未公布AirPods具體的降噪數(shù)據(jù)，但是根據(jù)圖兆華電子測(cè)試的數(shù)據(jù)顯示，AirPods Pro的降噪最佳頻率點(diǎn)是200Hz左右，降噪深度是35dB左右。

華為

華為FreeBuds 3耳機(jī)所搭載的主控芯片是華為自己的麒麟A1芯片，根據(jù)官方的介紹，這款芯片也支持主動(dòng)降噪功能。但是由于華為FreeBuds 3是半開放式平頭耳塞，由于與外部環(huán)境隔離程度一般，外部噪音能夠直達(dá)耳內(nèi)，所以降噪處理相對(duì)入耳式較難。華為官方提供的數(shù)據(jù)是可以實(shí)現(xiàn)15dB的降噪效果。

萬(wàn)魔聲學(xué)

作為國(guó)內(nèi)知名的耳機(jī)品牌廠商，萬(wàn)魔聲學(xué)也自主規(guī)劃一款名為Tiinlab A2的主動(dòng)降噪芯片。

據(jù)介紹，Tiinlab A2的降噪的頻段是在50-2000HZ范圍，有效降噪平均值為20db的降噪深度。可以支持多達(dá)4路麥克風(fēng)降噪支持和24bit采樣的高清音頻。

小結(jié)：

主動(dòng)降噪技術(shù)作為重要的噪聲消除手段，由于具有很多被動(dòng)降噪手段無(wú)法媲美的優(yōu)勢(shì)，這也決定了這項(xiàng)技術(shù)在噪聲控制領(lǐng)域的光明前景。除了我們常見的降噪耳機(jī)之外，一些中高端汽車也有采用主動(dòng)降噪技術(shù)。

比如，知名汽車品牌——?jiǎng)P迪拉克就是率先將主動(dòng)降噪技術(shù)運(yùn)用于汽車領(lǐng)域的品牌。2013年推出的凱迪拉克XTS豪華轎車，其BOSE 5.1環(huán)繞聲高級(jí)音響系統(tǒng)具備主動(dòng)降噪靜音系統(tǒng)（ANC）。其利用車內(nèi) 3 個(gè)麥克風(fēng)進(jìn)行信號(hào)采集，經(jīng)過信號(hào)處理和放大后經(jīng)由車內(nèi) 5 個(gè)揚(yáng)聲器進(jìn)行車內(nèi)主動(dòng)降噪。

由于目前汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪技術(shù)主要還是由國(guó)外廠商和科研機(jī)構(gòu)掌握，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究相對(duì)落后。再加上，車內(nèi)主動(dòng)降噪通常需要更多的器件配合，對(duì)于電路的布局、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法、成本要求都要更高。這也使得車內(nèi)主動(dòng)降噪技術(shù)目前仍未能廣泛被應(yīng)用。

除了，耳機(jī)、汽車之外，主動(dòng)降噪技術(shù)還有被應(yīng)用到一些本身工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音的產(chǎn)品上。比如抽油煙機(jī)、服務(wù)器機(jī)箱、咖啡機(jī)等等。

△CES2020上ADI展示利用其SigmaDSP抑制咖啡機(jī)噪音

雖然主動(dòng)降噪技術(shù)很好，但是它也有著自身的局限性。比如對(duì)于火車車廂、飛機(jī)艙內(nèi)、工廠車間等，擁有更為復(fù)雜的噪聲背景的場(chǎng)景，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)于更大的空間的降噪，主動(dòng)降噪技術(shù)仍面臨著很多難以解決的問題。

不過，可以肯定的是，隨著主動(dòng)技術(shù)的發(fā)展以及整體成本的降低，未來(lái)主動(dòng)降噪技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

編輯：芯智訊-浪客劍

部分資料來(lái)源：

中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院：《主動(dòng)降噪技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》

中科院聲學(xué)學(xué)研究所噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)京朋：《神奇的主動(dòng)降噪技術(shù)》

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