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SONY主動式抗噪(ANC) Audio Codec技術介紹 2019-05-23

耳機產品的噪聲來源可分為二種,一是內部電路或是外部信號引起的電氣雜訊(噪聲),廠商可以透過線路設計使電氣雜訊被有效抑制及消除,而另一種噪聲即所謂的 - 音頻噪聲(環境噪聲),此種噪聲會影響耳機使用者在聆聽音樂的舒適度,為了改善這種環境噪聲,採用主動噪聲消除(ANC)的方法,但是術語中的 “Cancellation(取消)”是有點樂觀,因為音頻噪聲是不會完全消除,但可以經由技術使其減少並改善。

耳機音頻的噪聲抵消可以分為二個部分,一是被動式降噪,另外是主動式降噪;

被動式降噪(Passive Noise Cancellation):是利用隔聲材料物理特性(海綿、橡膠等密閉材質)將外部噪聲與耳朵隔開,被動式降噪對高頻率聲音有效,一般可使噪聲降低大約為15-20dB,但低頻噪聲的阻隔效果卻並不明顯。被動式降噪原理簡單、成本低,多數耳機屬於此類,價格較低,但整體降噪效果略為遜色。

主動式降噪(Active Noise Cancellation):為了彌補被動式降噪的缺點,廠商發展出了主動式降噪耳機,透過麥克風捕捉環境噪聲經過晶片(內置演算法)分析噪聲後讓揚聲器(發出反相聲波)產生與外部噪聲相反波形相位的音頻去抵消環境噪聲,完成降噪目的,主動式降噪對低頻噪聲有效,可使噪聲降低大約為10dB左右,但對高頻噪聲處理能力較差,所以須透過被動式降噪來補強高頻部分。

SONY將音頻分析技術、數位信號處理技術和傳感器技術結合在一起,是屬於數位式的ANC系統。有別於依賴類比信號處理類比式ANC系統。SONY的ANC Codec是通過麥克風對周圍環境噪聲進行採樣,並使用信號處理生成消除環境噪聲的信號,通過揚聲器將這些噪聲的相位相反的音頻信號發出,進而抵消外部環境噪聲,為使用者提供安靜的收聽環境。由於與處理速度有關,ANC耳機核心的信號處理系統通常基於類比技術,而通過引入數位信號處理,而SONY成功應用此技術開發具有獨特優勢的晶片。

                                                                                       (圖1) 

(圖1)顯示SONY ANC降噪耳機系統運作,位於外殼中的檢測麥克風連續監測到達耳朵的聲音,來自該麥克風的輸出信號(圖1中的A)被放大,由A / D轉換器數位化,然後被發送到DNC信號處理器。來自音樂源的信號(圖1中的B)由A/D轉換器數位化,然後由數位等化器處理以獲得適當的頻率特性。然後音樂源的信號進入DNC,該DNC從音樂源信號中減去環境噪聲並提取需要消除的噪聲(圖1中的信號C)。然後信號C經歷相位反轉,並且將處理後的信號結果通過驅動器將音樂信號一起重播,從而在噪聲進入耳朵之前消除噪聲。但如果在相位反轉後簡單地重播需要抵消的噪聲信號。有一種稱為“嘯叫”(Howling)的現像是因聲音沿麥克風移動→噪聲消除電路→驅動單元→空氣→麥克風,因為相位反轉的延遲,振盪將在相對較高的頻率發生路線,為防止這種情況,有必要使用濾波器電路來消除觸發振盪的高頻。SONY的降噪中,這是通過DNC中的數位信號處理實現,這確保了極其精確的過濾和顯著的性能改進。

數位降噪耳機的應用才剛剛開始,並且具潛力,SONY將繼續致力於進一步改善降噪性能以及功能增強與成本降低,提供使用者有更好的隔音效果,及帶來更強的沉浸感。

參考資料 http://www.SONYinsider.com/2009/06/16/the-science-of-SONYs-digital-noise-canceling/

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