在(zai)筆(bi)者(zhe)文(wen)章(zhang)中(zhong)
，闡(chan)述(shu)了(le)現(xian)有(you)的(de)各(ge)種(zhong)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)
，並(bing)對(dui)原(yuan)始(shi)設(she)計(ji)商(shang)和(he)合(he)約(yue)製(zhi)造(zao)商(shang)在(zai)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)遇(yu)到(dao)的(de)困(kun)難(nan)進(jin)行(xing)了(le)分(fen)析(xi)。開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)難(nan)題(ti)是(shi)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)回(hui)路(lu)本(ben)身(shen)。本(ben)文(wen)將(jiang)敘(xu)述(shu)以(yi)AS3415主動降噪芯片為基礎設計一款主動降噪前饋耳機的必要步驟。

　　

在(zai)正(zheng)式(shi)開(kai)始(shi)製(zhi)作(zuo)一(yi)款(kuan)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)耳(er)機(ji)之(zhi)前(qian)
，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)特(te)殊(shu)的(de)音(yin)頻(pin)設(she)備(bei)。首(shou)先(xian)是(shi)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)和(he)相(xiang)位(wei)響(xiang)應(ying)的(de)音(yin)頻(pin)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)。可(ke)選(xuan)用(yong)的(de)音(yin)頻(pin)設(she)備(bei)有(you)Audio Precision

、Brüel&Kjaer、Soundcheck等。除了音頻測量係統，人耳模擬裝置也是重要的一部分，如來自Head Acoustics


、Brüel&Kjaer或GRAS的IEC711（入耳式主動降噪產品）或Head&Torso模擬器（頭戴式及耳罩式產品）。人(ren)耳(er)模(mo)擬(ni)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)在(zai)量(liang)測(ce)耳(er)機(ji)特(te)性(xing)時(shi)用(yong)於(yu)模(mo)擬(ni)人(ren)耳(er)響(xiang)應(ying)。這(zhe)些(xie)人(ren)工(gong)耳(er)集(ji)成(cheng)了(le)高(gao)度(du)精(jing)確(que)的(de)麥(mai)克(ke)風(feng)
，能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)到(dao)人(ren)戴(dai)耳(er)機(ji)時(shi)真(zhen)實(shi)聽(ting)到(dao)的(de)聲(sheng)音(yin)。另(ling)外(wai)還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)揚(yang)聲(sheng)器(qi)，用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)耳(er)機(ji)的(de)被(bei)動(dong)衰(shuai)減(jian)特(te)性(xing)，這(zhe)是(shi)濾波器shejideyibufen。ciyangshengqiyinggaishishuangxiangshiyangshengqi
，qiezuihaoshitongzhoushuangxiangshiyangshengqi，yibaozhengcongyangshengqidaoerjidegaopinyudipindechuanshujulixiangdeng。zuihouxuyaoAS3415評估板，它包含了所有必要的連接器和前置放大器
，使性能測試過程盡可能流暢地進行。

　　

　　

每(mei)個(ge)耳(er)機(ji)的(de)聲(sheng)學(xue)表(biao)現(xian)都(dou)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)。原(yuan)因(yin)很(hen)簡(jian)單(dan)，因(yin)為(wei)耳(er)機(ji)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)組(zu)件(jian)，如(ru)擁(yong)有(you)不(bu)同(tong)阻(zu)抗(kang)和(he)傳(chuan)遞(di)係(xi)數(shu)的(de)揚(yang)聲(sheng)器(qi)。且(qie)每(mei)一(yi)款(kuan)耳(er)機(ji)的(de)彈(dan)性(xing)襯(chen)墊(dian)以(yi)及(ji)前(qian)後(hou)聲(sheng)腔(qiang)也(ye)都(dou)不(bu)一(yi)樣(yang)。

　　

要製作主動降噪耳機，了解耳機的特性很重要，這樣才能獲得良好的降噪性能。主動降噪前饋耳機使用ECM麥克風捕捉耳機外部的噪音。電子線路會產生一個抗噪反信號，然後通過揚聲器播放出來。理論上，ANC回路是一個簡單的反相電路，但事實並非如此。由於耳機的不同組件會影響頻率響應和相位響應
，簡單的反相無法令ANC達到性能要求。為了解耳機在增益和相位方麵的表現
，ANC耳機的性能測試顯得尤為重要。

　　

為了得到理想的ANC濾波曲線
，我們必須采用第一段提到的設備進行三項測量。第一項測量是被動衰減測量，如圖1所示。

圖1：前饋性能測量一

　　

我們用同軸揚聲器發出20Hz-22kHz的de掃sao頻pin聲sheng波bo，並bing測ce量liang到dao達da人ren耳er的de聲sheng波bo。到dao達da人ren耳er的de聲sheng波bo可ke使shi用yong人ren耳er模mo擬ni器qi內nei部bu的de麥mai克ke風feng來lai測ce量liang。這zhe樣yang，我wo們men測ce到dao耳er機ji自zi身shen引yin起qi的de噪zao聲sheng衰shuai減jian，即ji被bei動dong衰shuai減jian。

　　

如圖2所示，第二項是捕捉噪音的麥克風的頻率響應測量。同樣
，正弦掃頻信號通過同軸揚聲器播放出來，並由ANC麥克風收集。

圖2：前饋性能測量二

　　

圖3：前饋性能測量三

 

　　

一旦完成這三項測量
，我們就能夠用測量結果來計算ANC濾波器的理想值。所需的濾波器振幅計算如下：

計算結果能夠很容易通過Excel表格得出，一個濾波器範例如圖6顯示。範例的頻率響應及相位響應表明，僅使用一個全頻寬的反相放大器是難以做出理想降噪信號的。

　　

　　

一個好的ANC耳機的關鍵在於濾波器的設計。如果濾波器的設計不合理，即使再好的ANC芯片也沒用。濾波器設計的目標是盡量匹配增益和相位響應。在特定頻率匹配得越好，ANC性能也就越好。因為是模擬信號處理，濾波器的仿真通常是通過spice仿真工具完成的。圖4是一個spice仿真線路，該線路體現了ANC麥克風濾波器的信號路徑。

圖4：Spice濾波器仿真範例

　　

圖5：AS3415前饋濾波仿真工具

　　

為了解決這一問題
，AS3415評估軟件整合了前饋濾波器仿真工具，如圖5所示。設計工程師能夠使用這一工具來設計理想的ANC濾(lv)波(bo)器(qi)。這(zhe)一(yi)工(gong)具(ju)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)套(tao)預(yu)定(ding)義(yi)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)架(jia)構(gou)，取(qu)代(dai)了(le)修(xiu)改(gai)零(ling)件(jian)值(zhi)及(ji)濾(lv)波(bo)器(qi)結(jie)構(gou)的(de)做(zuo)法(fa)。基(ji)於(yu)為(wei)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)客(ke)戶(hu)模(mo)擬(ni)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)結(jie)構(gou)，這(zhe)些(xie)預(yu)定(ding)義(yi)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)結(jie)構(gou)能(neng)夠(gou)涵(han)蓋(gai)90%的ANC聲學需求。圖6顯示了該工具的模擬結果。綠色曲線代表理想的ANC增益和相位響應
，藍色曲線顯示了利用圖5的工具製作的ANC濾波器的模擬結果。設計濾波器時

，有一點很重要，那就是我們要注重哪些頻段。ANC耳機的運作有特定的頻率範圍
，這並非由於AS3415benshendejuxianxing，ershigenshengyindechuanbosudujierjideshengxuetexingxiangguan。ruguowomenzhiguanzhulixianglvboquxianzhongdezengyixiangying，shejifuhegaiquxiandelvboqizehenrongyi。danwentishizaiANC濾波器的設計中也得同時匹配相位。由於更高頻率下的相位幾乎旋轉了180度
，設計出的濾波器很有可能與頻率響應匹配，而不與相位匹配。取決於不同的耳機及其相位響應

，我們通常可以做到1.5kHz頻(pin)率(lv)以(yi)下(xia)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)匹(pi)配(pei)。更(geng)高(gao)頻(pin)的(de)部(bu)分(fen)需(xu)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)的(de)衰(shuai)減(jian)。如(ru)果(guo)不(bu)衰(shuai)減(jian)這(zhe)些(xie)未(wei)匹(pi)配(pei)的(de)高(gao)頻(pin)部(bu)分(fen)，可(ke)能(neng)會(hui)引(yin)入(ru)噪(zao)音(yin)。我(wo)們(men)在(zai)低(di)頻(pin)部(bu)分(fen)減(jian)弱(ruo)噪(zao)音(yin)
，但(dan)如(ru)果(guo)高(gao)頻(pin)的(de)相(xiang)位(wei)失(shi)配(pei)
，就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)噪(zao)音(yin)被(bei)放(fang)大(da)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)這(zhe)一(yi)現(xian)象(xiang)，我(wo)們(men)會(hui)盡(jin)量(liang)在(zai)無(wu)法(fa)匹(pi)配(pei)的(de)區(qu)域(yu)降(jiang)低(di)增(zeng)益(yi)。圖(tu)6zhongdelvsetoumingquyudaibiaowomentongchangnengdadaodezengyihexiangweidezuixiaoshipei。hongsequyushiwomenyaojinliangshuaijiandebufen。gaopinshuaijianhexiangweixiangyingzhijianbixudadaoyigelianghaodepingheng。ruguozaigaopinxiashuaijiandetaiduo
，huiyingxiangdaodipindexiangweixiangying，congerkenengshiquANC的效果。

圖6：模擬結果

　　

　　

得到令人滿意的濾波曲線以後，AS3415濾波器仿真工具同時提供材料清單輸出功能。由於該工具和AS3415的評估板相匹配，材料清單中列出的項目能夠被焊接在評估板上，以測試帶有該濾波器的ANC的性能。測試包含兩項內容：一是耳機戴在人工頭上時的被動衰減測試，二是打開AS3415芯片並配置好前饋降噪功能時的頻響測試。ANC性能計算如下：

這些計算可以通過一個Excel表格來完成，並生成一份音頻範圍內的ANC降噪性能曲線圖。這張ANC降噪性能曲線圖在降噪耳機的設計及生產過程中是十分重要及常見的。AS3415的開發工具以及ANC降噪耳機開發相關的應用注解和樣板現已上線。