665
2019年度，TWS市場火爆，國內的各大廠商紛紛上車，但是我們卻注意到在TWS ANC耳機的市場中，并沒有預想中地火爆，很多知名品牌商在19年下半年就發(fā)布了一些TWS ANC耳機的預告，但是卻遲遲沒有推出市場，甚至有些手機品牌在使用了帶有ANC功能的耳機SOC芯片同時，上市耳機產品卻沒有ANC功能。
這些都與忽略了ANC聲學腔體設計，以及生產時一致性很難做到有關。
筆者對于有意向推出TWS ANC的品牌廠商建議，選好有聲學功底的，有做過ANC產線測試的合作方非常重要。
主動噪聲消除(ANC)是一種將不需要的聲源識別為噪聲的方法，通過產生“抗噪聲”信號來消除原始噪聲，從而實時地消除噪聲。現代降噪耳機，在被動降噪無法產生理想的結果時，通常采用這種技術來消除外部噪聲源，特別是在較低的頻率(<1KHz)。這在一些情境下非常實用，比如工人需要保護自己不受工廠持續(xù)噪音影響，或航空公司旅客需要過濾掉發(fā)動機的噪音時。
在設計ANC耳機時，有幾個拓撲架構可以參考，如前饋、反饋和混合。耳機中麥克風的數量和位置決定了它的ANC拓撲架構。一個概念圖如圖1所示。此圖描述了一個前饋拓撲，其中外部放置了一個麥克風接收來自環(huán)境的噪音信號，戴上耳機的用戶就能聽到真實的來自耳機揚聲器播方的音樂。這個音樂是通過疊加了抗噪音的信號，而人為消除外部的環(huán)境噪聲。
這個系統。無論拓撲架構如何，在噪聲干擾檢測中實現ANC有兩個明顯的挑戰(zhàn)
耳機。第一個挑戰(zhàn)是需要可靠地捕獲外部環(huán)境噪聲。為了達到這一目的，人們使用麥克風來監(jiān)聽周圍的噪音源。戴上耳機，在音頻波段(20hz - 20khz)捕捉信號。麥克風的幾項參數指標對可靠地建立這一點至關重要。第二個挑戰(zhàn)是實現從原始聲音信號捕獲的噪聲的消除
加上抗噪聲信號。為了克服這個挑戰(zhàn)，需要自適應算法及時有效地實現降噪，因為聲源的頻率、幅值、相位等特性是時變的。
圖1所示 噪音消除耳機-概念圖
目前現有設計方案的局限性
Feed Forward topology 前饋拓撲架構
ANC的前饋架構如圖2所示。在這種拓撲架構中，每側耳機只使用一個麥克風
它被放置在耳機外側。對這個麥克風的測量數據形成了ANC算法實現的噪聲參考信號的。能做到在主要噪聲信號到達人耳前，就很好的檢測到他們，是這種設計最大的有點。戴著耳機的人們，甚至沒有意識到它的存在，就通過算法實現消除了這種噪聲。
使。然而，由于系統中缺少反饋回路，該算法無法保證噪聲的消除工作是實時的。這是前饋拓撲架構的主要缺點此配置確保中頻噪聲信號(1-2 kHz之間)的消除。由于麥克風放置在外部，因此可能會因為風噪對性能造成影響
這個場景中，具有更高AOP和更低截止頻率的麥克風將非常有用。這種類型拓撲架構設計更適用于需要更寬的ANC帶寬的藍牙耳機，但卻愿意犧牲適度的噪音消除性能。
圖2 前饋ANC架構
Feed Back Topology 反饋拓撲架構
反饋的ANC架構如圖3所示。這種拓撲結構也只使用了一個麥克風，但卻是放置在離使用者耳朵較近的地方。這種拓撲結構的主要優(yōu)點是麥克風能準確地聽到將要進入用戶的耳朵的聲音信號，并且有一個反饋回路用于迭代地從系統中去除噪聲。雖然這種配置的低頻性能很好，但頻率在1-2KHz之間不能像前饋配置那樣有效地衰減。這個配置對去除初級噪聲信號中可預測的窄帶分量有很好的效果。這是一個在耳機中實現ANC時最常用的拓撲，盡管它無法刪除中高頻噪聲信號有效。這種限制是由于相移引入了次級路徑(信號路徑從ANC模塊的輸出一直返回到它的輸入)。這導致對于高頻率的分量，這種拓撲不能有效地抵消。在這種配置中使用的麥克風需要具有頻率上的平坦群延遲，并且多個麥克風之間的差異應該盡可能低。
圖3 反饋ANC架構
Hybrid topology 混合拓撲架構
混合的ANC架構如圖4所示。這個配置是兩個前饋的組合以及前面討論的反饋拓撲。這樣做的動機是將兩者的好處結合起來。但它伴隨著復雜性、成本和大小的增加。因為這個拓撲同時具有前饋和反饋信號路徑，它需要使用2個麥克風。面向外的參考麥克風
感知主信號，作為前向ANC濾波器的參考信號。誤差麥克風，收集進入用戶耳中的信號，作為反饋ANC的參考信號過濾器。誤差麥克風的輸出也有助于確定前饋和反饋濾波器的參數。
反饋ANC過濾器。如果設計正確，這種配置可以平衡前饋和反饋拓撲的潛能。
如圖4所示 混合ANC架構
圖5顯示了混合ANC拓撲結構的簡化框圖。這個圖顯示了兩個信號路徑是如何合并的。G(w)和M(w)是增益和相位補償濾波器，而Dff和Dfb是由于揚聲器和麥克風在系統中引入的延遲。
圖5 混合ANC拓撲:方框圖
混合的ANC耳機設計能夠提供三種拓撲中最佳的ANC性能和最寬的噪聲消除帶寬。但是，由于增加的成本和設計的復雜性，它并沒有得到廣泛的應用。這種結構是首選的高性能ANC耳機設計，保持低成本不是主要考慮的問題。即使在這種配置下，ANC超過2khz的性能也不令人滿意。因此，耳機設計者通常使用無源噪聲消除技術來提高高頻噪聲消除性能。
