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《主動(dòng)降噪耳機(jī)設(shè)計(jì)的兩大挑戰(zhàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、word文檔整理分享處理主動(dòng)降噪耳機(jī)設(shè)計(jì)的兩大挑戰(zhàn)FilterDesignandTrimming:HandlingtheTwoBigChallengesofActiveNoiseCancellationEarphoneDesign作者：奧地利微電子JackeyMao??時(shí)間：2011-02-22????關(guān)鍵詞：?AUMS?濾波器?ANC?AS3501 耳機(jī)主動(dòng)降噪(ActiveNoiseCancellation)的基本概念并不復(fù)雜,但如何實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的降噪效果卻并不簡(jiǎn)單，特別是濾波電路的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程控制更加關(guān)鍵。本文針對(duì)
2、ANC耳機(jī)設(shè)計(jì)者所遇到的困難，針對(duì)性地討論如何采用創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行濾波器及量產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)高性能的降噪耳機(jī)。 兩種結(jié)構(gòu)的ANC系統(tǒng)的選擇 主動(dòng)降噪，是指采集環(huán)境噪音，并產(chǎn)生與噪音反相的信號(hào)用耳機(jī)等裝置回放，用以抵消噪音的技術(shù)。通常，主動(dòng)降噪技術(shù)與被動(dòng)降噪技術(shù)(采用吸音或隔音材料來(lái)降低進(jìn)入耳朵聲音的強(qiáng)度)相結(jié)合，以產(chǎn)生最佳的降噪效果。 典型的降噪系統(tǒng)由下列部份組成： ●用以采集噪音的麥克風(fēng)系統(tǒng); ●電子控制部份，用以處理聲音信號(hào)，并生成降噪信號(hào); ●喇叭系統(tǒng)，用以產(chǎn)生降噪聲音信號(hào)?！ 〈蟛糠諥NC系統(tǒng)采用兩種主
3、要結(jié)構(gòu)中的一種：前饋式或反饋式。在前饋式系統(tǒng)(如圖1)中，采樣麥克風(fēng)位于耳機(jī)外部，用以采集進(jìn)入耳機(jī)的噪音，喇叭用以播放反相信號(hào)，用以抵消噪音。前饋系統(tǒng)通常用于入耳式耳機(jī)設(shè)計(jì)。在反饋式系統(tǒng)(如圖2)中，麥克風(fēng)位于耳機(jī)內(nèi)部，采集所謂“誤差信號(hào)”，這就是說(shuō)，麥克風(fēng)采集了正常播放的音樂信號(hào)與殘留噪音混合的信號(hào)，把正常播放的音樂信號(hào)減去后，就得到殘留的噪音。通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆答侂娐?，可以使誤差信號(hào)與正常音樂的差別盡可能的小，也就是說(shuō)，降低了噪音。參考資料word文檔整理分享 在前饋系統(tǒng)中，由喇叭產(chǎn)生的用以抵消噪音的聲音稱之為反相聲音(a
4、nti-phasesound)，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)兩個(gè)聲音最好的抵消效果，必須幅度相同，相位相差180度(反相)?！ ∪鐖D3所示，從麥克風(fēng)到位置A，組成了降噪回路。這個(gè)降噪回路的傳遞函數(shù)必須被精確測(cè)量，因?yàn)樵陔娐曄到y(tǒng)中，各種衰減及延時(shí)必須被考慮到。換句話說(shuō)，噪音從被麥克風(fēng)捕獲并通過(guò)信號(hào)處理到喇叭回放再傳到耳道必須與噪音從耳機(jī)外部穿過(guò)耳機(jī)再傳入耳道保持一致。另外，因?yàn)槎鷻C(jī)吸音材料所造成的被動(dòng)降噪作用，麥克風(fēng)在耳機(jī)外部捕獲的噪音與真正穿過(guò)耳機(jī)傳入耳道的的噪音并不完全一致。在此，電子處理電路G(W)必須這些在整個(gè)降噪回路中的衰減及延時(shí)進(jìn)
5、行補(bǔ)償。 反饋式工作原理有些不一樣。反饋式處理旨在衰減在A點(diǎn)(圖4)的殘留噪音。反饋式設(shè)計(jì)必須要非常小心，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，必須進(jìn)行負(fù)反饋設(shè)計(jì)從而降低殘留噪音。同時(shí)，必須小心過(guò)濾其余頻率范圍信號(hào)，特別是高頻部份。這是因?yàn)橛捎谘訒r(shí)引起的相們改變將會(huì)隨著頻率的升高而增大，一旦相位差大于60度，負(fù)反饋將會(huì)變成正反饋。這將引入嚴(yán)重的聲學(xué)問題—高頻噪音甚至是高頻震蕩引起嘯叫。與前饋系統(tǒng)相同的是，精確的聲學(xué)測(cè)量是非常重要的。測(cè)量結(jié)果將被計(jì)算并用于補(bǔ)償降噪回路中的各種衰減與延時(shí)。參考資料word文檔整理分享前饋式耳機(jī)設(shè)計(jì) 前面討論
6、了ANC系統(tǒng)在理想情況下如何工作。對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，真正的目標(biāo)是在現(xiàn)在世界里如何獲得盡可能好的性能。以下為一個(gè)實(shí)際的例子，用以描述如何進(jìn)行設(shè)計(jì)ANC耳機(jī)?！ ∫匀攵蕉鷻C(jī)為例，如圖5，通常設(shè)計(jì)工程師會(huì)遇到以下兩個(gè)挑戰(zhàn)?！ 癫煌亩鷻C(jī)有不同的聲學(xué)特性，這些特性會(huì)產(chǎn)生不同的衰減及延時(shí)。必須設(shè)計(jì)有效的濾波器用以補(bǔ)償這些衰減與延時(shí)?！ 癫豢杀苊獾模诹慨a(chǎn)過(guò)程中每一個(gè)機(jī)械、電子及聲學(xué)零件的特性會(huì)有一些偏差。每一個(gè)耳機(jī)在出廠前必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)用以補(bǔ)償由于各種元器件偏差造成的性能差異?！ ?zhǔn)確聲學(xué)測(cè)量 采用人工耳與標(biāo)準(zhǔn)聲源與音頻分析儀的
7、準(zhǔn)確聲學(xué)測(cè)量是非常重要的。通過(guò)測(cè)量，可以得到耳機(jī)準(zhǔn)確的衰減與延時(shí)特性。相位與幅度測(cè)量必須同時(shí)進(jìn)行以獲得所有必須的數(shù)據(jù)。測(cè)量由3部份組成，請(qǐng)參看圖6。參考資料word文檔整理分享 通過(guò)這些測(cè)量，可以設(shè)計(jì)濾波器，用電路補(bǔ)償由于耳機(jī)所引起的衰減與延時(shí)。這使得系統(tǒng)得以產(chǎn)成反相噪音信號(hào)，用于抵消穿透耳機(jī)，人耳真正聽到的噪音?！ ±硐霝V波器計(jì)算 一旦測(cè)量完成，理想的濾波器頻率響應(yīng)與相位響應(yīng)曲線可以由下列公式得到： 典型的曲線如圖7所示：參考資料word文檔整理分享 剩下的問題是，如何用真實(shí)的濾波器電路產(chǎn)生與理想濾波器一致的頻率
8、響應(yīng)與相位響應(yīng)。通常，有很多種方式用以設(shè)計(jì)濾波器，但最直接可靠的方法是用已經(jīng)在很多設(shè)計(jì)用已經(jīng)采用的方法。由奧地利微電子(austriamicrosystems)提供的參考設(shè)計(jì)(圖8)采用專門為降噪耳機(jī)設(shè)計(jì)的芯片AS3501及相應(yīng)的外部電路可以很好地完成降噪耳機(jī)的設(shè)計(jì)。而基于AS3501的降噪耳機(jī)方案已被
