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0、摘要
降低噪音通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是被动的。为了主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。ANC是Active Noise Cancellation的缩写，译为主动降噪，常应用在耳机降噪中。
1. 发展历史
ANC的历史是什么样子的呢？其实，这个概念的提出很早了。
1936 年德国物理学家 Lueg 首先提出有源噪声控制即主动降噪的概念，利用声波相消性干涉原理降噪，并申请了专利。这个哥们估计没有靠这个专利赚到多少钱，因为后面的进展时间太让人感觉到缓慢了。欧洲专利的有效期才20年，再说，这个技术，真正的商用开始那是几十年之后的事情了，所以说，想靠专利赚钱也是要靠一定的运气的啊。
直到1978年，Bose的创始人Amar G. Bose博士在从欧洲飞往波士顿的飞机上，发现飞机引擎的噪音扫净了他戴耳机欣赏音乐的兴致。这激发了他在BOSE公司进行一项消噪科技的研究。最终，BOSE公司创造了一款既能高保真的重现人声和音乐又能显著消除不必要舱内噪音的耳机。在当初半导体技术才刚刚处于萌芽阶段，这个时候的消噪，只能全靠模拟的电路了。从时间跨度上来讲，Bose的工程师针对这项技术商用化，还是花费了好几年时间的，看来，任何一项技术的商用化背后，都需要付出很多精力的啊。直到1989年，第一款商用的BOSE主动消噪耳机才诞生。自那时起，BOSE工程师们陆续为航空及军用市场开发了多款消噪耳机产品：如专为飞行员设计的消噪耳机、航空X®耳机、TriPort®耳机。
2000年，BOSE工程师们在此基础上又将这一科技应用到民用耳机市场，推出了QC®有源消噪耳机，它掀起了耳机行业“革命”的浪潮。至此，ANC在民用耳机市场上逐步迈开了前进的步伐。
2005年，艾迈斯半导体的ANC降噪单芯片发布，十多年来，降噪耳机制造商一直使用艾迈斯半导体的模拟ANC芯片，借以在降噪深度、带宽以及超低功耗保持领先水平。
2017年，中国芯片厂商恒玄科技在蓝牙耳机单芯片上集成了ANC功能，把ANC降噪的成本一下拉到了平民化的价格水平。
2019年，很多芯片公司都推出了单芯片的ANC降噪芯片，像高通，海思等，直接拉开了ANC降噪的大战。
时间的飞轮在前进，ANC这个技术，也会像陈年的老酒一样，越来越散发出它迷人的清香。
2. 基本原理
众所周知，声波在空气中的传输时会相互干涉。当两个频率和振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会产生干涉现象。如果两个声源的相位相反，两个声波叠加后幅度减小声压减弱。若两个声波的幅度相等，那么就会完全抵消。
ANC正是利用了声波相消干涉的现象，其工作原理为耳机根据采集到的噪声生成一个与之频率和幅度相等，但相位相反的声波，并由扬声器在耳道内播放。最终人耳听到的即是环境噪声和反相了的环境噪声叠加的结果。因此，听起来感觉噪声变小了。ANC主要降低环境中的中低频噪声。从而使消费者即使是在嘈杂的环境中，不需要提高音量，依然可以欣赏音乐。
主动式降噪耳机带有与外界噪声抗衡的降噪电路，为了透过硬件机制达到降噪效果，内部组成为拾音器（环境噪音）、处理芯片（分析噪音）、扬声器（产生反相声波），以便完成整个降噪过程。通过在隔音耳罩内部很接近耳机内部的扬声器处放置一个麦克风，如下图所示，该麦克风可对人耳听到的噪声进行采样，在经过反向、放大后驱动扬声器产生一个“反噪声”，用来消外界通过耳罩传给人的噪声，只要合理选择放大器的增益，就可获得良好的噪声抵消效果。同时，为避免自激震荡，系统还必须有很高的信噪比。
3. 与被动降噪区别
被动降噪(Passive Noise Isolation)也就是物理降噪，好似有人捂住了你的耳朵，这样你就听不见外面的噪音了！捂的越紧那听到的噪音就越少。是指利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开，主要通过耳机的头梁设计得紧一些、耳罩腔体进行声学优化、耳罩内部放上吸声材料……等等来实现耳机的物理隔音。被动降噪对高频率声音（如人声）的隔绝非常有效，一般可使噪声降低大约为15-20dB；对于一些低频率的噪音隔绝效果不好，在车内或者机舱等环境中，被动降噪的效果会降低。因此被动降噪并不是消除噪音，而是通过物理结构来抑制噪音！
所有耳塞和耳机都具有一定程度的被动噪音隔离，但定制安装的耳机，入耳式和耳塞在这方面是迄今为止最好的，因为它们可以产生最紧密的密封。
而主动降噪(Acitve Noise Cancellation)就好似靠武侠小说里的高人拿内力把外来的噪音给抵消了。换句话就是，耳机通过内置的麦克风接受周围的噪音信号，然后通过内部的信号处理产生一个相反的信号从而消除噪音。主动降噪耳机对于低频噪音环境的声音可产生很好的降噪效果，如：汽车的嗡嗡声、空调、地铁运行声音等。
理论情况下是可以完全抑制住噪音！但是现实情况下由于环境声音变化极其没有规律，完全抑制住噪音难度极其高，并且对内部信号处理的反应时间要求极高。如果处理时间太慢，不仅没法消除噪音，反而会增加额外的噪音。
4. ANC方案
目前市面上最常见的降噪方案有3种，但是万变不离其宗，都是依靠麦克风接收噪音信号并且通过处理芯片电路产生180°相位的相反信号达到噪音消除的目的。需要一个反馈麦克风用来检测所合成后的噪声是否真的变小了。这时处理器会根据这个反馈麦克风测量到的结果，对处理过程进行调整从而进一步降低合成后的噪声音量，这叫做自适应过程。好比处理器变聪明了，能够根据消噪的效果不断调整自己，以达到最佳降噪效果。
第一种 - 前馈式降噪 （Feed Forward ANC）
简称FF，这种方案很有特点的是麦克风放在耳机外边，通过取样麦克风获取噪声，能够获取外部全部的噪声，然后做反向这么做的目的是为了先于人耳接收到外界噪音信号，从而给处理芯片更充裕的反应时间产生相对性的相反信号。常见的场景就是入耳式耳机，没有被动降噪的情况。这种降噪方案对1KHz至2KHz的噪音消除效果特别出色，能有效降低风噪以及宽频噪音。优点很明显，但是缺点也是非常的直接。由于麦克风距离耳机距离相对较远，Error Correction（误差校正）的精准度就无法做到很好。
第二种 - 反馈式降噪（Feedback ANC）
简称FB，这种方案相对于第一种的区别是把麦克风放到靠近人耳的地方即耳机的内侧，通过取样麦克风获取环境噪声，能够获取耳机壳内部的噪声，然后做反向，从而增加Error Correction（误差校正）的精准度。常见的场景是头戴式耳机，这样耳机的高频噪声已经很多被耳机套过滤掉了，消噪压力小。但是缺陷是处理高频噪音不是特别的有效。还有一个比较难处理的点，那就是麦克风即接收到了噪音信号，同时也接收到了音频信号（因为离喇叭输出太近了！）。这么设计的话，有可能把噪音消除了，同时也把音乐给消除了。
第三种 - 复合式降噪 （Hybrid ANC）
简称HB，就是取样麦克风有两个，把上面的FF和FB都用上，这种效果再加上头戴式的被动降噪的话，会把效果做的比较好。市场上效果最好的都是这种的。FF前馈系统可以消减参考传声器检测到的原始噪声相关的噪声，FB反馈式系统则对窄带噪声十分有效，两者结合使用， 可以增强有源噪声控制系统的灵活性，从而比使用单一结构获得更好的降噪效果，但缺点是 系统实现复杂、成本也非常高。价格贵了！耗电高了！尺寸也变相增大了！
5. 局限性
抗噪耳机通常使用ANC 消除低频噪音，以主动方式消除高频噪音效果不佳(也就是人声的部分)。因为人耳所能听到的频率是20HZ-20KHZ，人声的频率范围是100HZ-8KHZ，大部分环境和车辆噪音是在100HZ-1KHZ范围内，市面上的主动降噪耳机降噪频段是100HZ-1KHZ，即使一些好的降噪耳机，最多提升个几百HZ，覆盖不了语音的全频段，因此对于语音的降噪效果达不到环境音的降噪效果。所以高频噪音仍然得依靠传统隔音机制（即被动抗噪），同时这也可简化复杂的电子电路装置。真正要完全消除高频噪音，传感器和麦克风必须置放于听者鼓膜旁，因此技术上来说目前还无法实现，再者，深度降噪耳机会使部分人产生头晕、胸闷、耳鸣等生理不适，因此深度主动降噪耳机也不是所有人都适用。
耳压感
这是目前大多数蓝牙耳机在开启主动降噪时会出现的通病。有轻有重，轻者不太影响使用体验，重则令人头晕目眩，犹如潜在水底般的窒息感，很难久戴（耳压深度并不等于降噪强度，主要与耳机厂商的技术功底有关）。
风噪问题
由于主动降噪的工作原理，基本所有耳机在ANC模式下都存在风噪问题。特别是沿海城市或当风季来临时，主动降噪会瞬间变成主动制噪，因风所产生的噪音甚至比外界噪音还要吵。除非是极少数有搭载抗风噪晶片的耳机，否则多多少少都会有风噪问题。
听感变化
大部分降噪耳机在进入ANC模式时，声音或多或少会发生变化。通常声音会变得干燥、不自然。开启降噪后音场瞬间收缩、人声干瘪 失真严重，让人不得不在音质与降噪中做取舍。
增加预算
同等级的耳机，是否有主动降噪通常在价格上会有落差。有的耳机降噪效果并不理想，实测只能降低大概10-15dB。相当于在配置基本一致的情况下如果差价很大，只多了主动降噪功能，换句话说就是买家多花了钱却只换来一个普普通通的降噪功能，这并不划算。
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