再谈耳机降噪技术指南

2
回复
1461
查看
[复制链接]
2016-3-28 18:05:13 显示全部楼层 |阅读模式
耳机对于如今的普罗大众来说,已经成为了生活中的必需品,耳机作为一个私密音乐享受的小音响设备,成为了许多音乐用户的Hi-Fi玩家热议的产品。然而,耳机在发明之初,其实是一种生产力工具,它被广泛用于军事、录音、监听等工作上面,它的最大功能就可以让聆听声音的人,在听音上与外界隔绝,而这个与外界声音隔绝的功能,我们大可以称它为降噪。
QQ图片20160328180311.png
何为降噪(Noise Cancellation)?
降噪是一个很大的声学课题,无论是大场馆、小房间还是耳机,都存在着降噪的指标问题,那么这些噪声是什么东西呢?又如何进行处理呢?我们可以把噪声想象为我们不需要听到的声音,这些声音有可能是外部的,也有可能是内部的,例如我们在房间中听音乐,除了房间内部的反射噪声以外,还有房间外的其它生活噪声,所以我们就要进行隔音或者吸音和扩散等处理,进行房间的降噪。而在耳机上面,我们所碰到的噪声大部分,都是来自外界的声音,例如身边的人的谈话声,地铁中的运行声,大街上嘈杂的声音等等,耳机产品在使用的时候,可能很大程度地过滤掉这些声音,让我们更加集中地享受到耳机里发出的声音。
QQ图片20160328180307.png
但是声音具有很强的穿透性,一般的耳机产品无论如何严密,都可能被声音穿透,其次是我们的身体也能传导声音,通过身体所接受到的声音例如低频等等,都会传导我们的耳朵之中。关于耳机的降噪的方式方法有很多,但是归纳来说,我们可以把这些方式方法分为“被动式降噪”和“主动式降噪”两种。
QQ图片20160328180305.png
传统的被动式降噪技术
耳机的外形设计,本来就有一个降噪的功能,无论是入耳式耳机还是头戴式耳机,它们都是针对我们的耳朵结构来设计的,它可以很好地包裹着我们的耳朵肌肉,入耳式耳机则是在耳道内形成声音隔绝。通过不同的材料、贴合角度和佩戴方式,我们可以利用耳机对外界声音进行很好的隔绝,虽然不能做到100%的声音阻隔,但是通过佩戴耳机,我们可以对某些声音频段实现99%的隔绝,只剩下一部分具有穿透力的声音通过,如外界的声音音量太大,耳机也只能起到减低音量的目的。

很多较为便宜的耳机,或者通过“堆料”实现高品质声音的耳机,都会选用被动式降噪技术,而这类产品的原理自然不必多说,通过增加海绵、橡胶等密闭材质尽可能地将耳道和外界隔绝开来,从而起到降低噪声目的。但值得注意的是,这种降噪方法能够有效隔绝外界的高频噪音,但低频噪音的阻隔效果却并不明显。
QQ图片20160328180302.png
对于经常外出旅行的朋友来说,常常要忍受火车、飞机带来的巨大噪音,以致不能很好的休息。而一般的耳机在嘈杂的环境下基本丧失了原来用来享受音乐的作用,在这个时候几百元的耳机或许跟几块钱的地摊货带来的效果是差不多的,面对这些巨大噪声,有时候简单的降噪是解决不了的。
QQ图片20160328180259.png
完全为降噪而生的耳机
与被动式降噪所不一样的是,主动式降噪技术的出现,让耳机的“功能”再度加强,这类耳机通过添加主动降噪的零件,让外界的噪声得以消除。最为人熟悉的处理方式,就是主动式降噪耳机在阻隔外界噪音的同时,自己却发出另外一种噪声,两种噪声相互中和,达到了降噪的目的。
QQ图片20160328180257.png
主动降噪耳机为有源式消声,其一般会在耳机线上加入一块电池或者信号源供电,并结合降噪电路。通过电池的驱动,降噪电路使用内置的麦克风拾取环境中的低频噪音,在运算后设法发出与噪声相位相反、振幅相同的声波。正、反两种声波恰好相互抵消,低频噪声便神奇的消失了。只要简单地在搜索引擎查一下,就能找到有很多网站解释这些主动降噪耳机的工作原理。
QQ图片20160328180255.png
不过,如果你不介意多看一些物理术语的话,维基百科解释得更好一点。声音是一种压力波,是由压缩部分和稀疏部分构成。减噪扬声器会发射出与原声波振幅相同,相位相反的声波。这两种波会发生干涉,叠加合成新的声波,相互消除。这就是相位抵消。
QQ图片20160328180249.png
现代主动控噪是通过模拟电路或数字信号处理来实现的。合适的算法能够分析出背景中听得见的和听不见的噪音,然后再通过一种特定的算法产生信号,与原信号相位偏移或相反。这种相位反向的声波放大到与原信号振幅成比例后相叠加,产生相消干涉。这样就有效地减小了背景噪音。

降噪在其它领域中的应用
降噪扬声器可以与噪声源放在一起,减轻噪音。这种情况下,它的音频功率必须与噪声源相同。或者,发射减噪信号的传感器也可以安放在不希望出现噪声的位置。这就需要一种低功率的消音装置,但它能有效地为单一用户减轻噪声。减噪在其它位置上消除并不容易,因为三维的噪声波前会与减噪信号发生干涉,噪声会在某些地方减轻,而在其它地方增强。在狭小的封闭的环境里(比如卧车上的小包厢),整体噪声可以利用多个扬声器、反馈式麦克风以及密闭空间中的动态响应测量,达到消除的效果。这个原理适用于一般的扬声器,也使用于耳机产品。
QQ图片20160328180246.png
因此较好的降噪设计,就是声音播放设备配置一个麦克风,用来捕获周围的声音,在分析之后进行相应的处理。例如苹果的iPhone手机就有一个通话降噪功能,可以通过机身上的麦克风捕获周围的环境声音,通过处理后,让通话的对方听不到你所在的环境位置和噪声,这个声学处理手法,同样适用于耳机产品。其它的降噪技术还出现在小轿车、飞机等交通工具上,研究的课题和实验相当多,我们在这里就不展开叙述了。
QQ图片20160328180243.png
对付无处不在的低频噪音
“早晚有一天,为了生存,人类将不得不与噪声进行斗争,就像对付霍乱和瘟疫那样。”诺贝尔生理学奖获得者罗伯特﹒科赫上世纪做出的这一预言,现在已经悄悄变成现实。在人类防治噪音污染的实践中,首先采用的是被动降噪(也称物理降噪)。物理降噪的技术特点是利用材料的各种特性,对噪声源采取隔离、减震、阻尼等方式减弱噪声。优点是可选材料众多,造价相对便宜,对高频噪音效果显着;缺点是建筑体积巨大,大量占用有效空间,对低频噪音的处理效果不佳。目前最主要应用于噪声源的处理,比如高架桥、铁路沿线、锅炉房、空调房、发动机等的噪音隔离。应用于个人防护效果一般。

为了弥补物理降噪的缺陷,上世纪三十年代德国科学家根据声音作为一种波的特性,提出了主动降噪原理。原理认为可以通过发射反向声波来对冲原声波并使之减弱甚至消失的方式来消除噪音。此技术的特点是体积非常小巧,基本不占用有效空间,降噪效率非常高,特别是对于环境噪音中大量的、无处不在的低频噪音(风声、噪杂喧闹声、飞机行驶噪音)效果特别好。原理虽然简单,可是设计却非常复杂,实现起来非常困难。在原理提出后相当长的时间内,没有科学家能够设计出实现方案。
QQ图片20160328180240.png
Bose与主动降噪的故事
直到上世纪80年代末,才有BOSE的科学家第一次实践了主动降噪技术。相对于物理降噪,主动降噪技术拥有无可比拟的优越性,但是由于高昂的成本,并不能为大众所接受,一直以来主要应用于航空,军事等特殊领域;本世纪初才开始应用于耳端隔离噪音和听音乐的民用耳机产品。不过由于第一代主动降噪技术应用于民用产品存在两大局限性:一是降噪幅度和宽度都有限,最大幅度只能达到约22dB,降噪宽度只能达到1000Hz,对于生活噪音中超过1000Hz以上的噪音没有效果;二是降噪与音质是对矛盾,有降噪就不能有好的音质;再加上昂贵的价格,普通用户较难接受。
QQ图片20160328180237.png
80年代末至今,全球不少科学家仍在研究主动降噪技术,期望进一步提高降噪能力,降低成本,提升音质,可是至今没有任何突破性进展。甚至连BOSE的第一代技术都还没有超越。噪音处理这个世界难题,一直期待着科学家更进一步的研究。降噪耳机给我带来的好处:一、有效降低周围噪音,使音乐更清晰;避免在噪音中增加音量伤害听力。二、隔离噪音,避免噪音带来听力伤害(乘坐飞机地铁时、喧闹的街道)。
QQ图片20160328180233.png
各种降噪耳机的差距能有多大?
虽然大家都打着降噪耳机的名号,但是实际上关于降噪的能力不同品牌还是存在着差距,而且这个差距可以很大。目前公认消费级降噪耳机最好的是Bose的产品,其次是一些具有深厚声学研发能力的品牌例如铁三角等,最后的则是一些直接购买降噪方案使用的产品。无论耳机和入耳式耳机,BOSE的降噪能力和其它几个品牌的差距可以说是都高到不知哪里去了,但最好的降噪性能未必意味着最适合你。如果你常带着降噪耳机乘搭公共交通上下班,那么BOSE的部分耳机反而会有点麻烦——在开关门以及颠簸的时候,耳机很容易发出爆音,这一点在BOSE的QC20i以及索尼的MDR-1RNC的评测中都有出现过。
QQ图片20160328180225.png
降噪耳机,头戴和入耳式耳机选谁好?
目前头戴的降噪耳机种类更多,可以有试听的也更多。而就笔者使用的情况来看,总结了几个选择条件:如果你需要经常搭乘长距离航班的话,那么高端的入耳式耳机型的降噪耳机例如BOSE的QC20,则是你的不二之选。因为戴着头戴式耳机在狭窄的飞机仓位上睡觉,时间非常痛苦的试听,而入耳式耳机式则会好很多,但是入耳式耳机并不太适用于日常通勤使用,因为大多数入耳式耳机线上会带有一个硕大的电池盒,非常影响使用体验。而如果你是短途的旅行较多的话,那么头戴式其实也不差。如果你还是嫌有根线连着太烦的话,目前市面上也已经有一些蓝牙无线耳机是带有降噪功能了,例如飞利浦的9850NC、汪峰的FIIL Wireless以及创新的Aurova Live!等等,这种产品也可以说是填补了目前竞争对手BOSE的产品线空缺。
QQ图片20160328180222.png
总结:
有得必有失,过分的降噪效果,可能会让使用者听不到危险的警告从而带来危险。所以大家在街上行走时,请不要使用降噪耳机,以保证自己的道路行走安全。由于主动降噪都需要电池供电,电池的寿命也影响着主动降噪的续航,长期打开也对声音品质有影响,因为降噪技术能抵消的噪声有限,仅限于某些低频段的稳态噪声。如地铁、公交车等这些场景,但当你进入一个相对安静的环境中,还在使用降噪功能,那么声音的品质的高保真程度必定会下降。
QQ图片20160328180202.png
QQ图片20160328180211.png
QQ图片20160328180214.png
QQ图片20160328180217.png
QQ图片20160328180219.png
2016-5-26 15:17:27 显示全部楼层
店铺在哪

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

微信扫码关注公众号