什么是有源噪聲消除?ANC技術(shù)原理解析
蘋果Airpod、Amazon Echo和Google Home這些硬件產(chǎn)品面世之后,加上Amazon的Alexa和APPLE的 Siri等語音軟件服務(wù)的大行其道,留給智能家居市場,未來的語音控制入口就有了很大的想象力。設(shè)想一下,通過隨時帶在耳朵上的Airpod控制公司、家里的所有設(shè)備,是不是離夢想中的世界很近了。但這個的進一步普及,就需要在硬件上解決一個問題,就是在拾音的時候進行噪聲消除。
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我們相信研究這個技術(shù)和產(chǎn)品的公司未來將會成為一個新的巨頭。
對于噪聲,大家一定都很熟悉。凡是我們不想聽到的聲音,都可以歸結(jié)為噪聲,例如坐飛機時候的引擎聲,坐火車時的車輪聲,外面馬路上的車水馬龍的聲音等等。在聽音樂時,大家都不喜歡被噪聲干擾。那么,如何減小噪聲對我們的干擾?傳統(tǒng)方法是封閉法,即用耳塞或者全封閉耳機把你的耳朵罩起來,這樣就聽不到噪聲了,但是這樣做第一很貴,因為要做全封閉的耳機還要做到舒適需要很高的成本,第二效果也不見得好,因為隨著佩戴姿勢等等的改變總會有噪聲漏進來。那么,有沒有更好的辦法呢?有源噪聲消除技術(shù)(active noise cancellation,ANC)就是最近非常火的方法,下面分析一下其中用到的技術(shù)。
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ANC技術(shù)的原理并不深奧,高中物理就教過,就是波的干涉。如果大家對高考復習還記憶猶新的話,一定還記得如果兩列波幅度相同,相位相反,則它們干涉的結(jié)果是互相抵消,看不到波了!
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講完了高中物理,我們再講講初中物理:初中物理里面提到,聲音也是一種波,可以在各種介質(zhì)中傳播。換句話說,聲波也能干涉,如果我們利用好這一特性,就可以把一些不想聽到的聲波用干涉抵消掉(或者至少減小幅度)。利用這一點,我們就可以使用抵消的辦法來消除噪聲。
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常見的有源噪聲消除耳機如下圖所示,麥克風采樣外部噪聲,改采樣到的噪聲經(jīng)過有源噪聲抵消電路處理后,產(chǎn)生一個和采樣到的噪聲相位相反,且幅度合適的“反”噪聲,并送入耳機的揚聲器,于是噪聲在人的耳朵前就被抵消了,帶耳機的人只能聽到音樂,而聽不到噪聲。
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如果把系統(tǒng)畫成信號流圖,就是下圖,噪聲在麥克風采樣后進入信號處理電路,產(chǎn)生“反”噪聲,并與音樂一起送進耳機內(nèi)。這種模式稱為前饋有源噪聲消除。
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然而,前饋噪聲消除有一個問題。大家一定試過對著麥克風吹氣吧!對著麥克風吹氣可以在麥克風輸出的地方產(chǎn)生很大的聲音,但是這個吹氣的聲音你把麥克風拿走是聽不到的。同樣的,在前饋有源噪聲消除中,如果在采樣麥克風附近有風在吹,那么麥克風有可能會產(chǎn)生很大的反噪聲,但其實這個吹風的聲音人是聽不到的!換句話說,如果麥克風處有風在吹(風噪),麥克風會認為環(huán)境噪聲很大,但是人其實聽不到任何噪聲,這樣麥克風的誤報反而會產(chǎn)生更大的噪聲!
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為了解決這個問題,可以使用反饋有源噪聲消除,如下圖所示。
在反饋有源噪聲消除方案中,麥克風采樣的不是直接的環(huán)境噪聲,而是耳機輸出處的聲音,顯然這里的聲音包括了音樂和環(huán)境噪聲。那么如何選擇性地抵消掉噪聲但是保留音樂呢?就需要把這里采樣到的聲音減去音樂,這樣剩下的信號就全是噪聲了;然后再根據(jù)這個噪聲去產(chǎn)生噪聲抵消信號。這樣做的話,就不會有風噪問題。然而,這里又有一個新問題,就是反饋系統(tǒng)通常帶寬會遠小于前饋系統(tǒng),因此使用反饋模式的有源噪聲消除對于高頻噪聲的抵消作用有限。
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既然兩種方案各有利弊,那么把它們結(jié)合起來如何?這就是混合模式的有源噪聲消除,既使用前饋又使用反饋,系統(tǒng)設(shè)計得當?shù)脑捒梢該P長避短,即避免風噪又能抵消高頻噪聲。
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隨著蘋果AirPod的推出,全無線耳機也越來越火。最近,更是有不少公司推出了帶ANC的全無線耳機。在全無線耳機上做ANC的主要挑戰(zhàn)點在于信號同步。之前提到過,反饋和混合ANC方案都需要把采樣到的信號減去音樂再去產(chǎn)生噪聲抵消信號,這對于音樂和采樣信號之間的同步要求很高。在有線耳機里,這并不困難,因為音樂傳輸信道非常理想;然而,目前全無線耳機多采用藍牙技術(shù)來傳輸信號,因此藍牙傳輸信號與ANC信號之間的同步必須仔細設(shè)計,而藍牙的延遲就成了這里的關(guān)鍵點。另外,由于全無線方案中耳機自己帶電池,從用戶體驗角度來看電池的容量不可能很大否則會使耳機重量超標,因此ANC電路的功耗必須仔細控制,以保證良好的性能以及足夠長的電池使用時間。
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ISO
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2020-09-27 10:44:001
Molex推出可改變汽車制造商應(yīng)對道路噪聲的ANC傳感器
(RNC)傳感器,這是新的汽車有源噪聲消除(ANC)傳感器系列的第一款產(chǎn)品。這些傳感器將在消除有害的道路,風和HVAC汽車噪聲的同時,減少減少會增加駕駛員疲勞度的低頻聲音方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。 電子行業(yè)的進步使ANC技術(shù)(通常與高端耳機相關(guān)聯(lián))能
2021-01-29 11:23:131668
一種可消除噪聲數(shù)據(jù)影響的魯棒SVM算法
在實際分類問題中,由于人為或其他因素的影響,數(shù)據(jù)中往往存在一定的噪聲,而傳統(tǒng)支持向量機(SVM)使用的鉸鏈損失函數(shù)對噪聲數(shù)據(jù)敏感,且分類性能較差。為消除噪聲數(shù)據(jù)的影響,提出一種新的魯棒SⅤM算法
2021-03-16 10:38:304
理解輸出電壓紋波和噪聲輸出電壓紋波來源和抑制
醫(yī)療設(shè)備、測試測量儀器等很多應(yīng)用對電源的紋波和噪聲極其敏感。理解輸出電壓紋波和噪聲的產(chǎn)生機制以及測量技術(shù)是優(yōu)化改進電路性能的基礎(chǔ)
2021-03-17 19:01:4117
了解及消除1/f噪聲資料下載
電子發(fā)燒友網(wǎng)為你提供了解及消除1/f噪聲資料下載的電子資料下載,更有其他相關(guān)的電路圖、源代碼、課件教程、中文資料、英文資料、參考設(shè)計、用戶指南、解決方案等資料,希望可以幫助到廣大的電子工程師們。
2021-04-29 08:41:488
基于DSP的自適應(yīng)多通道有源噪聲控制算法
的多通道系統(tǒng)。多通道有源噪聲控制系統(tǒng)的核心是多通道有源噪聲控制算法,因而多通道ANC算法的性能分析及快速實現(xiàn)是有源噪聲控制領(lǐng)域的一個重要研究內(nèi)容。
2021-05-17 14:45:0722
什么是1/f噪聲_1/f噪聲對電路有何影響_如何消除或降低1/f噪聲
簡介本文闡釋1/f噪聲是什么,以及在精密測量應(yīng)用中如何降低或消除該噪聲。1/f噪聲無法被濾除,在精密測量應(yīng)用中它可能是妨礙實現(xiàn)最佳性能的一個限制因素。什么是1/f噪聲?1/f噪聲是一種低頻噪聲
2021-11-10 11:36:0215
PureLine 3技術(shù)可消除97%的探針臺環(huán)境噪聲
??新的PureLine 3技術(shù)可消除97%的環(huán)境噪聲,使頻譜噪聲性能提高32倍。利用該技術(shù),可在片測量高精度的器件性能,并為IC設(shè)計者生成器件模型。 ????????早些時候,我們發(fā)布了一篇博客
2022-06-18 15:15:29734
ANC技術(shù)理論基礎(chǔ):音頻ANC自動降噪
在反饋型ANC系統(tǒng)中沒有傳感器來測量參考輸入信號,只有通過誤差傳感器獲取癌癥后的殘余噪聲并將其發(fā)送到反饋控制器,這進一-步達到了調(diào)整次級聲源的目的y_ n$,使細微噪聲與初級噪聲幅度的相位相反。
2022-09-28 10:51:42816
理解輸出電壓紋波和噪聲:輸出電壓紋波來源和抑制
醫(yī)療設(shè)備、測試測量儀器等很多應(yīng)用對電源的紋波和噪聲極其敏感。 理解輸出電壓紋波和噪聲的產(chǎn)生機制以及測量技術(shù)是優(yōu)化改進電路性能的基礎(chǔ)。
2023-03-23 09:22:331690
Adaptive leakthrough ANC自適應(yīng)通透ANC調(diào)試快速上手1
本博文將介紹QCC307X/QCC517X以上最新芯片,支持的Adaptive leakthrough ANC,簡稱自適應(yīng)通透 ANC,以ADK_r419的earbud工程為例為例,針對Adaptive leakthrough ANC的MIC進行軟件基本設(shè)置。
2023-04-17 10:22:08485
Adaptive leakthrough ANC自適應(yīng)通透ANC調(diào)試快速上手2
主要講ANC Tuning mode和ANC Runing mode的區(qū)別;先介紹如何進入ANC Tuning mode的調(diào)試工具界面
2023-04-25 09:51:27472
電磁屏蔽技術(shù)的原理解析
電磁屏蔽技術(shù)的原理解析 電磁屏蔽技術(shù)是一種利用特定材料或構(gòu)造來阻擋、吸收或反射外界電磁波的技術(shù)。它在電子設(shè)備、通信系統(tǒng)以及電磁環(huán)境的凈化等方面具有重要應(yīng)用,可以有效地防止電磁干擾,保護設(shè)備和人員
2024-03-06 14:58:49149
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