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音頻測(cè)試系統(tǒng)

音頻測(cè)試方案:降噪耳機(jī)原理及音頻測(cè)試隔音箱指標(biāo)優(yōu)化

首頁 人氣:5968 發(fā)表時(shí)間:2020-06-17

丟掉吧,降噪耳機(jī),當(dāng)心你的耳朵會(huì)被融掉

音樂作為一種聽覺藝術(shù),它不只是一連串的音符或是旋律。音樂的感受是一種非常私人化的體驗(yàn),當(dāng)聽眾出于不同的境遇,或是處在不同的心情下,音樂都會(huì)詮釋出不一樣的含義。

無線藍(lán)牙耳機(jī)流行了這么多年,擺脫了有線束縛,音樂達(dá)人能夠盡情dance,享受沉醉于無限音符所帶來動(dòng)感世界。

終究還是擋不住對(duì)音樂的狂熱,世界這么熱鬧,我只是想靜靜,這次音樂達(dá)人終于對(duì)降噪耳機(jī)下手了…

音樂音頻

耳機(jī)的誕生:

說到與到降噪耳機(jī),不得不提BOSE,BOSS最早提出了降躁耳機(jī)的原理和概念。

最早的降噪耳機(jī)原理是這么說的:“聲音的傳播是通過介質(zhì)的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn),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(xiàn)在的音頻廠商Bose的創(chuàng)始人Amar G. Bose博士。我們現(xiàn)在用的降噪藍(lán)牙耳機(jī)正是基于這樣的原理,通過抵消外界的噪聲實(shí)現(xiàn)降噪效果的。

關(guān)于Bose創(chuàng)作降躁耳機(jī)的靈感,來源于一次旅途。相傳:1978年P(guān)rof. Amar Bose在飛機(jī)上接過一個(gè)耳機(jī),由于飛機(jī)噪聲非常大,根本無法靜享音樂,于是….

降噪耳機(jī)靈感來源

降噪耳機(jī)靈感來源

降噪耳機(jī)靈感來源

降噪耳機(jī)靈感來源

降噪耳機(jī)靈感來源

降噪耳機(jī)靈感來源

耳機(jī)降噪的原理及方法

關(guān)于降噪耳機(jī)降噪的原理:其實(shí)把接收到外界的音頻信號(hào)以合適的相位差與波幅比在耳機(jī)內(nèi)疊加播放,消除外界聲音(降低外界聲音音量)

降噪耳機(jī)降噪的原理

通俗得講就是我們用的降噪耳機(jī),里面是裝有麥克風(fēng)的,這個(gè)麥克風(fēng)除了接收我們說話的聲音,還有個(gè)功能就是抓取外界的噪音。利用降噪耳機(jī)里的麥克風(fēng)收集外界的噪音聲波,然后系統(tǒng)通過運(yùn)算分析,把噪音中和,生成一個(gè)相反的聲波來抵消外界噪音,從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果,佩戴者也就感覺到安靜了。

 

耳機(jī)降噪的處理方法:主動(dòng)降噪耳機(jī)和被動(dòng)降噪耳機(jī)

一般意義上來說,耳機(jī)分為主動(dòng)降噪耳機(jī)和被動(dòng)降噪耳機(jī)兩種,區(qū)別主要在于降噪方法的不同,主動(dòng)降噪耳機(jī)就是通過耳機(jī)自帶的降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波,從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果。而被動(dòng)式降噪耳機(jī)主要通過包圍耳朵形成封閉空間,或者采用硅膠耳塞等隔音材料來達(dá)到降噪的效果。

主動(dòng)降噪耳機(jī)

主動(dòng)降噪耳機(jī)工作原理:

主動(dòng)降噪耳機(jī)比普通的耳機(jī)要復(fù)雜的多,需要在耳機(jī)中內(nèi)置一個(gè)降噪模塊,它包含一個(gè)麥克風(fēng),用來接受外界的噪音,再經(jīng)過內(nèi)部電路的計(jì)算,在耳機(jī)播放音樂的同時(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(jī)主要通過包圍耳朵形成封閉空間,或者采用硅膠耳塞等隔音材料來阻擋外界噪聲。

入耳式降噪耳機(jī)工作原理

 

被動(dòng)降噪耳機(jī)工作原理:

最常見的有入耳式耳塞和大耳罩設(shè)計(jì)的耳機(jī),都可以劃分為被動(dòng)式降噪耳機(jī)。不過被動(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(guī)則的降噪場(chǎng)景中較為適用。但是對(duì)于一些低頻率的噪音就沒有那么好的隔絕效果了,所以在車內(nèi)或者機(jī)艙等環(huán)境中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)被動(dòng)降噪的效果會(huì)被大大降低。

 

這里我們主要說一下主動(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(jié)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(fēng)設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)離揚(yáng)聲器的耳機(jī)外側(cè),而反饋式降噪則是把麥克風(fēng)設(shè)計(jì)在揚(yáng)聲器附近。前饋降噪更容易實(shí)現(xiàn),而反饋降噪則能采集到的噪音信息和人耳聽到的更接近,但麥克風(fēng)可能會(huì)被揚(yáng)聲器的聲音影響,對(duì)算法的要求更高。


前饋式降噪音頻測(cè)試

降噪耳機(jī)音頻測(cè)試音頻指標(biāo)優(yōu)化:

目前相對(duì)高端的降噪耳機(jī)大都糅合了被動(dòng)降噪、前饋和反饋式降噪相結(jié)合的設(shè)計(jì),對(duì)噪音的屏蔽和消除有非常好的效果。主動(dòng)降噪耳機(jī)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(xiàn)上還是會(huì)有所差別,聲音細(xì)節(jié)上會(huì)有所丟失。由于主動(dòng)降噪耳機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(dāng)然降噪耳機(jī)的售價(jià)高,有一部分是來源于量產(chǎn)成本,一個(gè)降噪性能非常好的耳機(jī)在生產(chǎn)過程必須要有一套非常成熟的音頻測(cè)試系統(tǒng),包括音頻測(cè)試硬件設(shè)備,隔音箱,隔音房,全消聲室這些,還包括音頻測(cè)試分析軟件,用來分析降噪的聲學(xué)指標(biāo)及參數(shù)。佳晨科技的音頻測(cè)試系統(tǒng),成為眾多降噪耳機(jī)生產(chǎn)測(cè)試廠家一套完整的測(cè)試工具,為降噪耳機(jī)的生產(chǎn)及測(cè)試提供整合方案。

一、主動(dòng)降噪音耳機(jī)的開發(fā)都必須分為兩個(gè)專業(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(jī),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、芯片和線路的質(zhì)素和能力能夠達(dá)到卓越的耳機(jī)效果,但沒有聲學(xué)或結(jié)構(gòu)上的好好配合,同樣無法完成一款好的耳機(jī)產(chǎn)品,所以廠商必須清楚地了解電和聲方面的知識(shí)或有專業(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(dǎo)的所謂主動(dòng)降噪主要是負(fù)責(zé)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(jié)構(gòu)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(jī)的硬件結(jié)構(gòu)不完善,例如隔音太強(qiáng),造成主動(dòng)效果相對(duì)感覺變?nèi)?;又或者是隔音太差,造成漏音現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,左右兩邊設(shè)計(jì)的平衡度也很重要,如密度、重量、線材和線長都必須盡可能左右一致。否則便會(huì)難以調(diào)節(jié),造成左右表現(xiàn)有所差異,那便絕對(duì)稱不上優(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,簡單來說,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(hào),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?yàn)橥苿?dòng)低頻輸出,故意調(diào)到增益太大甚至需要額外驅(qū)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(xiàn)也并不等于整合腔體后也必然有好的低頻表現(xiàn),這也是需要聲學(xué)調(diào)節(jié)的。

四、頻響曲線如何調(diào)節(jié)?

頻響曲線方面,最好以整個(gè)腔體的曲線為參考,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(shè)定有關(guān)的濾波。如果頻響曲線起伏太多或太大,就可能難以實(shí)現(xiàn)最佳降噪的強(qiáng)度和寬度,又或者要非常復(fù)雜的濾波去配合,這樣很大機(jī)會(huì)影響音質(zhì)表現(xiàn)。尤其所謂的“反聲”往往是曲線起伏太大,導(dǎo)致濾波調(diào)節(jié)程度未能完全跟隨所造成,令某些頻率的噪音訊號(hào)反而會(huì)變得明顯突出。這都是工程們不愿意看到的。 當(dāng)然耳機(jī)本身的頻響曲線和聲音表現(xiàn)有極大的關(guān)系,開發(fā)者在滿足客戶對(duì)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(xiàn)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)腔體曲線保持平均和平坦,音色平均,但在開啟主動(dòng)降噪時(shí),以均衡器作頻響曲線的調(diào)節(jié)去達(dá)到客戶所要求的聲音音色,也是一種方法。 以往主動(dòng)降噪音功能有一個(gè)大問題,就是開關(guān)降噪功能時(shí)的聲音音色表現(xiàn)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(qiáng)勁。早期很多用分離器件的主動(dòng)降噪方案,因?yàn)轵?qū)動(dòng)力的問題,往往在主動(dòng)模式時(shí),聲音的中低頻也被抵消掉,導(dǎo)致主動(dòng)模式時(shí)的聲音反而差了。所以開發(fā)者必須注意這點(diǎn),但隨著開發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)和芯片方案的驅(qū)動(dòng)能力和靈活性,低頻補(bǔ)償都已經(jīng)不是一個(gè)大問題了。

五、降噪曲線如何看?

評(píng)估一臺(tái)主動(dòng)降噪音耳機(jī)的表現(xiàn),不外乎測(cè)量一下其降噪的曲線,一般具備專用的人工耳和相關(guān)軟件便可(如B&K、GRAS、“吉高”等),主要測(cè)量三條曲線,如下圖。 一是環(huán)境噪音曲線(綠色),二是被動(dòng)降噪曲線(紫色)和被動(dòng)加主動(dòng)降噪曲線(藍(lán)色)。我們通常從曲線下降幅度的多少去評(píng)估耳機(jī)降噪的表現(xiàn),如被動(dòng)的隔音有多好,開啟主動(dòng)降噪后的衰減程度等等。以被動(dòng)和主動(dòng)的對(duì)應(yīng)數(shù)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(jī)降噪曲線圖,在100Hz可達(dá)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(jī)都能消減達(dá)20dB 以上的噪音,當(dāng)然衰減數(shù)值越大、代表降噪能力越大。但大家也不要單單只參考數(shù)值,因?yàn)閷?shí)際的降噪能力和聽覺感受才最真實(shí)。有不少開發(fā)商只追求最高的dB數(shù)值,23dB不夠、調(diào)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。 以聽覺感受的經(jīng)驗(yàn)來說,若主動(dòng)降噪衰減dB值達(dá)22dB或之上,再大的dB值,對(duì)聽覺感受之影響已經(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(qiáng)度除了與電子部分調(diào)節(jié)有關(guān)外,跟被動(dòng)腔體曲線也有很大的關(guān)系。如果曲線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(qiáng)度和寬度應(yīng)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(dāng)一臺(tái)優(yōu)質(zhì)的主動(dòng)降噪耳機(jī)完成設(shè)計(jì),接下來的必經(jīng)階段當(dāng)然就是生產(chǎn)部分。主動(dòng)降噪耳機(jī)和一般耳機(jī)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(jī)、甚至同一部耳機(jī)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或以內(nèi),否則不同樣機(jī)的效果可能也是參差不齊的。當(dāng)然有些數(shù)字方案可能配備自動(dòng)校準(zhǔn)功能,但這也需要生產(chǎn)設(shè)備的配合。此外,主動(dòng)降噪耳機(jī)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)過程更為順利、簡單。

希望這篇簡單的分享能幫助大家更好地了解和開發(fā)主動(dòng)降噪功能,期待更多優(yōu)質(zhì)的降噪TWS耳機(jī)早日出現(xiàn)在市場(chǎng)上。最后,佳晨科技友情提示您,在戶外,特別是交通道路上,請(qǐng)扔掉您的降噪耳機(jī),音樂融掉了你的耳朵,當(dāng)心出現(xiàn)安全事故。


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