主动降噪技术（ANC）的前生今世--概念历史

Posted 2022-11-30 audios

一 概念

　　假如使用一句通俗的语言来概述ANC的原理的话，那就是：通过发出与噪声相位相反，频率、振幅相同的声波与噪声干涉实现相位抵消。

使用比较正式的语言来解释就是：动降噪通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。下图是一个ANC的降噪原理图：

根据麦克风的位置，可以把这个主动降噪技术分成三类：
* 前馈主动降噪技术 Feed forward，简称FF:取样麦克风在耳机外边，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，常见的场景就是入耳式耳机，没有被动降噪的情况。
* 反馈型的主动降噪技术 Feed Back，简称FB：取样麦克风在耳机头的内侧，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。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。效果也会变得比较好。
* 混合型的主动降噪技术，HyBrid，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。
三者的效果图如下图所示：

二 历史
　　其实，历史能说明很多东西，通过一个技术或者产品的历史来了解他，是一个很重要的维度。那么，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。下图是笔者能够找到的很早一款Bose的QC耳机：

 

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。