如何设计一款主动降噪（ANC）耳机？
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2020-08-21
08:09:18
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如何设计一款主动降噪（如何设计一款主动降噪（ANC）耳机？）耳机？
在我最新的文章（主动降噪发展趋势、概念及技术难题）中，阐述了现有的各种主动降噪拓扑结构，并对原始
设计商和合约制造商在生产过程中遇到的困难进行了分析。开发过程的另一个难题是主动降噪回路本身。本文
将叙述以AS3415主动降噪芯片为基础设计一款主动降噪前馈耳机的必要步骤。
在正式开始制作一款主动降噪耳机之前，我们需要特殊的音频设备。首先是用于测量频率响应和相位响应的音频测量系统。可
选用的音频设备有Audio Precision、Brüel&Kjaer、Soundcheck等。除了音频测量系统，人耳模拟装置也是重要的一部分，如
来自Head Acoustics、Brüel&Kjaer或GRAS的IEC711（入耳式主动降噪产品）或Head&Torso模拟器（头戴式及耳罩式产
品）。人耳模拟装置可在量测耳机特性时用于模拟人耳响应。这些人工耳集成了高度精确的麦克风，能够测量到人戴耳机时真
实听到的声音。另外还需要一个扬声器，用于测量耳机的被动衰减特性，这是滤波器设计的一部分。此扬声器应该是双向式扬
声器，且最好是同轴双向式扬声器，以保证从扬声器到耳机的高频与低频的传输距离相等。最后需要AS3415评估板，它包含
了所有必要的连接器和前置放大器，使性能测试过程尽可能流畅地进行。
为什么要对耳机进行性能测试？
每个耳机的声学表现都不尽相同。原因很简单，因为耳机采用不同的组件，如拥有不同阻抗和传递系数的扬声器。且每一款耳
机的弹性衬垫以及前后声腔也都不一样。
要制作主动降噪耳机，了解耳机的特性很重要，这样才能获得良好的降噪性能。主动降噪前馈耳机使用ECM麦克风捕捉耳机
外部的噪音。电子线路会产生一个抗噪反信号，然后通过扬声器播放出来。理论上，ANC回路是一个简单的反相电路，但事
实并非如此。由于耳机的不同组件会影响频率响应和相位响应，简单的反相无法令ANC达到性能要求。为了解耳机在增益和
相位方面的表现，ANC耳机的性能测试显得尤为重要。
为了得到理想的ANC滤波曲线，我们必须采用第一段提到的设备进行三项测量。第一项测量是被动衰减测量，如图1所示。
图1：前馈性能测量一
我们用同轴扬声器发出20Hz-22kHz的扫频声波，并测量到达人耳的声波。到达人耳的声波可使用人耳模拟器内部的麦克风来
测量。这样，我们测到耳机自身引起的噪声衰减，即被动衰减。
如图2所示，第二项是捕捉噪音的麦克风的频率响应测量。同样，正弦扫频信号通过同轴扬声器播放出来，并由ANC麦克风收
集。
图2：前馈性能测量二
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