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音(yīn)頻測試系統

音(yīn)頻測試方案:降噪耳機原理(lǐ)及音(yīn)頻測試隔音(yīn)箱指标優化

首頁 人(rén)氣:5300 發表時(shí)間(jiān):2020-06-17 小(xiǎo)大(dà)

丢掉吧(ba),降噪耳機,當心你(nǐ)的耳朵會(huì)被融掉

音(yīn)樂作(zuò)為(wèi)一種聽(tīng)覺藝術(shù),它不隻是一連串的音(yīn)符或是旋律。音(yīn)樂的感受是一種非常私人(rén)化的體(tǐ)驗,當聽(tīng)衆出于不同的境遇,或是處在不同的心情下,音(yīn)樂都會(huì)诠釋出不一樣的含義。

無線藍(lán)牙耳機流行(xíng)了這麽多(duō)年,擺脫了有(yǒu)線束縛,音(yīn)樂達人(rén)能夠盡情dance,享受沉醉于無限音(yīn)符所帶來(lái)動感世界。

終究還(hái)是擋不住對音(yīn)樂的狂熱,世界這麽熱鬧,我隻是想靜靜,這次音(yīn)樂達人(rén)終于對降噪耳機下手了…

音(yīn)樂音(yīn)頻

耳機的誕生(shēng):

說到與到降噪耳機,不得(de)不提BOSE,BOSS最早提出了降躁耳機的原理(lǐ)和(hé)概念。

最早的降噪耳機原理(lǐ)是這麽說的:“聲音(yīn)的傳播是通(tōng)過介質的振動來(lái)實現,波與波之間(jiān)如果呈反相則會(huì)在理(lǐ)論條件下相互抵消”。這個(gè)原理(lǐ)的提出者就是現在的音(yīn)頻廠商Bose的創始人(rén)Amar G. Bose博士。我們現在用的降噪藍(lán)牙耳機正是基于這樣的原理(lǐ),通(tōng)過抵消外界的噪聲實現降噪效果的。

關于Bose創作(zuò)降躁耳機的靈感,來(lái)源于一次旅途。相傳:1978年Prof. Amar Bose在飛機上(shàng)接過一個(gè)耳機,由于飛機噪聲非常大(dà),根本無法靜享音(yīn)樂,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

耳機降噪的原理(lǐ)及方法

關于降噪耳機降噪的原理(lǐ):其實把接收到外界的音(yīn)頻信号以合适的相位差與波幅比在耳機內(nèi)疊加播放,消除外界聲音(yīn)(降低(dī)外界聲音(yīn)音(yīn)量)

降噪耳機降噪的原理(lǐ)

通(tōng)俗得(de)講就是我們用的降噪耳機,裏面是裝有(yǒu)麥克風的,這個(gè)麥克風除了接收我們說話(huà)的聲音(yīn),還(hái)有(yǒu)個(gè)功能就是抓取外界的噪音(yīn)。利用降噪耳機裏的麥克風收集外界的噪音(yīn)聲波,然後系統通(tōng)過運算(suàn)分析,把噪音(yīn)中和(hé),生(shēng)成一個(gè)相反的聲波來(lái)抵消外界噪音(yīn),從而實現降噪的效果,佩戴者也就感覺到安靜了。

 

耳機降噪的處理(lǐ)方法:主動降噪耳機和(hé)被動降噪耳機

一般意義上(shàng)來(lái)說,耳機分為(wèi)主動降噪耳機和(hé)被動降噪耳機兩種,區(qū)别主要在于降噪方法的不同,主動降噪耳機就是通(tōng)過耳機自帶的降噪系統産生(shēng)與外界噪音(yīn)相等的反向聲波,從而實現降噪的效果。而被動式降噪耳機主要通(tōng)過包圍耳朵形成封閉空(kōng)間(jiān),或者采用矽膠耳塞等隔音(yīn)材料來(lái)達到降噪的效果。

主動降噪耳機

主動降噪耳機工作(zuò)原理(lǐ):

主動降噪耳機比普通(tōng)的耳機要複雜的多(duō),需要在耳機中內(nèi)置一個(gè)降噪模塊,它包含一個(gè)麥克風,用來(lái)接受外界的噪音(yīn),再經過內(nèi)部電(diàn)路的計(jì)算(suàn),在耳機播放音(yīn)樂的同時(shí)加入和(hé)外界噪音(yīn)“反相”的聲波,從而将外界噪音(yīn)抵消。

被動式降噪耳機主要通(tōng)過包圍耳朵形成封閉空(kōng)間(jiān),或者采用矽膠耳塞等隔音(yīn)材料來(lái)阻擋外界噪聲。

入耳式降噪耳機工作(zuò)原理(lǐ)

 

被動降噪耳機工作(zuò)原理(lǐ):

最常見的有(yǒu)入耳式耳塞和(hé)大(dà)耳罩設計(jì)的耳機,都可(kě)以劃分為(wèi)被動式降噪耳機。不過被動降噪的缺點就在于其屏蔽的聲音(yīn)大(dà)多(duō)為(wèi)較高(gāo)頻率的聲音(yīn),所以在一些(xiē)規則的降噪場(chǎng)景中較為(wèi)适用。但(dàn)是對于一些(xiē)低(dī)頻率的噪音(yīn)就沒有(yǒu)那(nà)麽好的隔絕效果了,所以在車(chē)內(nèi)或者機艙等環境中,我們會(huì)發現被動降噪的效果會(huì)被大(dà)大(dà)降低(dī)。

 

這裏我們主要說一下主動降噪,主動降噪分為(wèi)前饋式降噪、反饋式降噪以及前饋式和(hé)反饋式結合三種降噪類型。

前饋式、反饋式降噪

前饋式降噪是把麥克風設計(jì)在遠離揚聲器(qì)的耳機外側,而反饋式降噪則是把麥克風設計(jì)在揚聲器(qì)附近。前饋降噪更容易實現,而反饋降噪則能采集到的噪音(yīn)信息和(hé)人(rén)耳聽(tīng)到的更接近,但(dàn)麥克風可(kě)能會(huì)被揚聲器(qì)的聲音(yīn)影(yǐng)響,對算(suàn)法的要求更高(gāo)。


前饋式降噪音(yīn)頻測試

降噪耳機音(yīn)頻測試音(yīn)頻指标優化:

目前相對高(gāo)端的降噪耳機大(dà)都糅合了被動降噪、前饋和(hé)反饋式降噪相結合的設計(jì),對噪音(yīn)的屏蔽和(hé)消除有(yǒu)非常好的效果。主動降噪耳機的缺點也同樣明(míng)顯,由于發聲單元會(huì)額外的發出抵消噪音(yīn)的聲波,所以在音(yīn)質表現上(shàng)還(hái)是會(huì)有(yǒu)所差别,聲音(yīn)細節上(shàng)會(huì)有(yǒu)所丢失。由于主動降噪耳機的複雜結構和(hé)工作(zuò)原理(lǐ),價格上(shàng)一般都會(huì)高(gāo)上(shàng)很(hěn)多(duō),大(dà)部分都在千元或者以上(shàng)的價位,當然降噪耳機的售價高(gāo),有(yǒu)一部分是來(lái)源于量産成本,一個(gè)降噪性能非常好的耳機在生(shēng)産過程必須要有(yǒu)一套非常成熟的音(yīn)頻測試系統,包括音(yīn)頻測試硬件設備,隔音(yīn)箱,隔音(yīn)房(fáng),全消聲室這些(xiē),還(hái)包括音(yīn)頻測試分析軟件,用來(lái)分析降噪的聲學指标及參數(shù)。佳晨科技(jì)的音(yīn)頻測試系統,成為(wèi)衆多(duō)降噪耳機生(shēng)産測試廠家(jiā)一套完整的測試工具,為(wèi)降噪耳機的生(shēng)産及測試提供整合方案。

一、主動降噪音(yīn)耳機的開(kāi)發都必須分為(wèi)兩個(gè)專業範疇去考慮,互相配合才能打造出卓越的主動降噪耳機,這兩個(gè)範疇分别是電(diàn)子方面(主動部分)和(hé)聲學方面(被動部分)。 靠電(diàn)子元件的性能、芯片和(hé)線路的質素和(hé)能力能夠達到卓越的耳機效果,但(dàn)沒有(yǒu)聲學或結構上(shàng)的好好配合,同樣無法完成一款好的耳機産品,所以廠商必須清楚地了解電(diàn)和(hé)聲方面的知識或有(yǒu)專業的合作(zuò)夥伴,才能事半功倍。

二、主動降噪 降的是什麽?
電(diàn)子部分主導的所謂主動降噪主要是負責低(dī)頻率範圍的噪音(yīn),一般由幾十Hz到1KHz至2KHz,而大(dà)部分2KHz 之上(shàng)的噪音(yīn),基本上(shàng)是靠被動降噪,即結構上(shàng)的考慮。所以想要有(yǒu)效果好且平衡的降噪感受,電(diàn)和(hé)聲方面的配合也是非常關鍵。如果耳機的硬件結構不完善,例如隔音(yīn)太強,造成主動效果相對感覺變弱;又或者是隔音(yīn)太差,造成漏音(yīn)現象,影(yǐng)響了主動式的作(zuò)用,最終必然影(yǐng)響整體(tǐ)降噪效果。
在結構設計(jì)上(shàng),左右兩邊設計(jì)的平衡度也很(hěn)重要,如密度、重量、線材和(hé)線長都必須盡可(kě)能左右一緻。否則便會(huì)難以調節,造成左右表現有(yǒu)所差異,那(nà)便絕對稱不上(shàng)優質,而且也增加了生(shēng)産的難度。

三、被動降噪 能做(zuò)什麽?
在“聲”方面(被動腔體(tǐ)部分), 就是包括單元和(hé)腔體(tǐ)部分,也是存在不少(shǎo)學問,簡單來(lái)說,就上(shàng)面提到,主動降噪主要是消除中低(dī)頻的噪音(yīn),所以單元和(hé)腔體(tǐ)配合下必須能夠有(yǒu)足夠能力輸出低(dī)頻訊号,用以抵消低(dī)頻的噪音(yīn)。這樣也能協助”電(diàn)” 方面(主動部分) 不需花(huā)太多(duō)功夫為(wèi)推動低(dī)頻輸出,故意調到增益太大(dà)甚至需要額外驅動芯片。 順帶一提,懂聲學的人(rén)也知道(dào),單元本身有(yǒu)好的低(dī)頻表現也并不等于整合腔體(tǐ)後也必然有(yǒu)好的低(dī)頻表現,這也是需要聲學調節的。

四、頻響曲線如何調節?

頻響曲線方面,最好以整個(gè)腔體(tǐ)的曲線為(wèi)參考,一般建議是從低(dī)頻幾十Hz到2Khz左右也盡量保持平均和(hé)平坦,這樣才令”電(diàn)” 方面可(kě)以更好控制(zhì)和(hé)更有(yǒu)效地設定有(yǒu)關的濾波。如果頻響曲線起伏太多(duō)或太大(dà),就可(kě)能難以實現最佳降噪的強度和(hé)寬度,又或者要非常複雜的濾波去配合,這樣很(hěn)大(dà)機會(huì)影(yǐng)響音(yīn)質表現。尤其所謂的“反聲”往往是曲線起伏太大(dà),導緻濾波調節程度未能完全跟随所造成,令某些(xiē)頻率的噪音(yīn)訊号反而會(huì)變得(de)明(míng)顯突出。這都是工程們不願意看到的。 當然耳機本身的頻響曲線和(hé)聲音(yīn)表現有(yǒu)極大(dà)的關系,開(kāi)發者在滿足客戶對音(yīn)色的喜好之餘也要在降噪效果上(shàng)取得(de)平衡,否則聲音(yīn)太好而降噪表現遜色,又或者降噪出色而欠奉好的音(yīn)色,那(nà)便未免太可(kě)惜了。 另一做(zuò)法是讓被動腔體(tǐ)曲線保持平均和(hé)平坦,音(yīn)色平均,但(dàn)在開(kāi)啓主動降噪時(shí),以均衡器(qì)作(zuò)頻響曲線的調節去達到客戶所要求的聲音(yīn)音(yīn)色,也是一種方法。 以往主動降噪音(yīn)功能有(yǒu)一個(gè)大(dà)問題,就是開(kāi)關降噪功能時(shí)的聲音(yīn)音(yīn)色表現的選擇和(hé)差異。有(yǒu)些(xiē)商家(jiā)希望能在被動和(hé)主動模式時(shí)的音(yīn)色也能保持一緻,有(yǒu)些(xiē)商家(jiā)希望主動式時(shí)音(yīn)色更好,或低(dī)音(yīn)更強勁。早期很(hěn)多(duō)用分離器(qì)件的主動降噪方案,因為(wèi)驅動力的問題,往往在主動模式時(shí),聲音(yīn)的中低(dī)頻也被抵消掉,導緻主動模式時(shí)的聲音(yīn)反而差了。所以開(kāi)發者必須注意這點,但(dàn)随着開(kāi)發商的經驗和(hé)芯片方案的驅動能力和(hé)靈活性,低(dī)頻補償都已經不是一個(gè)大(dà)問題了。

五、降噪曲線如何看?

評估一台主動降噪音(yīn)耳機的表現,不外乎測量一下其降噪的曲線,一般具備專用的人(rén)工耳和(hé)相關軟件便可(kě)(如B&K、GRAS、“吉高(gāo)”等),主要測量三條曲線,如下圖。 一是環境噪音(yīn)曲線(綠色),二是被動降噪曲線(紫色)和(hé)被動加主動降噪曲線(藍(lán)色)。我們通(tōng)常從曲線下降幅度的多(duō)少(shǎo)去評估耳機降噪的表現,如被動的隔音(yīn)有(yǒu)多(duō)好,開(kāi)啓主動降噪後的衰減程度等等。以被動和(hé)主動的對應數(shù)值相減便能反映出主動降噪所做(zuò)到的衰減程度,前面提到了,主動降噪的有(yǒu)效範圍主要都是由幾十Hz至1KHz、2KHz左右,而被動降噪則一般于1KHz之後的高(gāo)頻段。

如上(shàng)圖展示的耳機降噪曲線圖,在100Hz可(kě)達最高(gāo)25dB的衰減,範圍由幾十Hz一直伸延至接近2KHz,幅度比較平均。 一般較為(wèi)優質的主動降噪耳機都能消減達20dB 以上(shàng)的噪音(yīn),當然衰減數(shù)值越大(dà)、代表降噪能力越大(dà)。但(dàn)大(dà)家(jiā)也不要單單隻參考數(shù)值,因為(wèi)實際的降噪能力和(hé)聽(tīng)覺感受才最真實。有(yǒu)不少(shǎo)開(kāi)發商隻追求最高(gāo)的dB數(shù)值,23dB不夠、調至25dB,25dB也不夠, 追求30dB甚至以上(shàng),這樣做(zuò)往往忽略了降噪範圍和(hé)平均性。 以聽(tīng)覺感受的經驗來(lái)說,若主動降噪衰減dB值達22dB或之上(shàng),再大(dà)的dB值,對聽(tīng)覺感受之影(yǐng)響已經不會(huì)很(hěn)明(míng)顯,反而降噪範圍的寬度會(huì)更加影(yǐng)響實際感受。如降噪範圍能伸延至1KHz和(hé)隻是伸延至800Hz 的分别會(huì)很(hěn)明(míng)顯。

六、影(yǐng)響主動降噪的因素還(hái)有(yǒu)哪些(xiē)?

降噪寬度和(hé)強度除了與電(diàn)子部分調節有(yǒu)關外,跟被動腔體(tǐ)曲線也有(yǒu)很(hěn)大(dà)的關系。如果曲線能保持平均和(hé)平坦至更高(gāo)的頻段,很(hěn)大(dà)程度可(kě)讓主動降噪延伸得(de)更寬,所以降噪的強度和(hé)寬度應該取得(de)一個(gè)恰到好處的平衡,才能讓降噪能力發揮到最好。 當一台優質的主動降噪耳機完成設計(jì),接下來(lái)的必經階段當然就是生(shēng)産部分。主動降噪耳機和(hé)一般耳機不同之處是,它會(huì)配備兩個(gè)甚至更多(duō)的麥克風用作(zuò)收集噪音(yīn), 所以收集噪音(yīn)的麥克風必須優質而且有(yǒu)一緻的靈敏度,才不會(huì)讓不同的耳機、甚至同一部耳機的左右效果有(yǒu)所差别。 而且麥克風的靈敏度也不能太低(dī),一般最好能控制(zhì)在±1dB或以內(nèi),否則不同樣機的效果可(kě)能也是參差不齊的。當然有(yǒu)些(xiē)數(shù)字方案可(kě)能配備自動校(xiào)準功能,但(dàn)這也需要生(shēng)産設備的配合。此外,主動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緻性,才能減少(shǎo)降噪效果的差異,讓生(shēng)産過程更為(wèi)順利、簡單。

希望這篇簡單的分享能幫助大(dà)家(jiā)更好地了解和(hé)開(kāi)發主動降噪功能,期待更多(duō)優質的降噪TWS耳機早日出現在市場(chǎng)上(shàng)。最後,佳晨科技(jì)友(yǒu)情提示您,在戶外,特别是交通(tōng)道(dào)路上(shàng),請(qǐng)扔掉您的降噪耳機,音(yīn)樂融掉了你(nǐ)的耳朵,當心出現安全事故。


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