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5月29日（周五）上午10點，第十八期「集微公開課」邀請到深圳市中科藍訊股份有限公司產品總監孔繁波 ，帶來以《數位化主動降噪技術分析》為主題的精彩演講。
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2019年蘋果AirPods Pro的發布和大賣加速了TWS耳機降噪功能的進展，其主動降噪功能被消費者所追捧，逐漸把主動降噪的TWS耳機市場帶火。隨著TWS藍牙耳機市場需求大幅增長，大量TWS耳機產品推出，當中尤其對主動降噪功能的需求越發明顯。
主動降噪耳機的需求激增，對於藍牙耳機晶片尤其帶有數位化主動降噪技術的產業發展有助推的作用。中科藍訊是專注於研發和銷售無線互聯SOC晶片的高科技公司，同時還給予軟體開發，提供一站式的應用解決方案，以幫助客戶快速推出業界領先的無線智能產品。中科藍訊晶片產品和軟體方案主要應用於：高性能耳機、音箱、AI智能、萬物互聯等領域。部分品牌客戶有：創維、現代、飛利浦、惠威、鐵三角、索尼、聯想、東芝等。
在公開課開場後，中科藍訊股份有限公司產品總監孔繁波為我們講述了降噪的兩種形態，分別是主動降噪和被動降噪。他表示被動降噪是一個挺粗暴的方式，利用一個很大的耳機在裡面加很多新材料去蓋住我的耳朵，屏蔽掉外界的聲音。
在工業上會有很多的用途，但是一般這種降噪耳機都特別大了。不過對於聲音來說，尤其是低頻段的波長，它需要一個很大的一個新材料才能阻擋他們。
對於入耳式的小耳機，高頻段2K-20K赫茲會有較大的衰減，不過在低頻段50赫茲-2K赫茲的衰減比較小，例如生活中的路噪、環境噪聲等。因此業界目前都會去做一個高級的技術去掉這些噪音，這就是主動降噪的技術。主動降噪的原理就是去檢測外界這些噪音，把低頻段的噪音消除掉。
主動降噪技術叫做ANC，英文全稱是Active Noise Cancellation。據孔繁波介紹，實際原理也是非常簡單粗暴，其就是兩個聲波的疊加，只不過這兩個聲波幅度要相同，相位相反，這樣疊加起來便能把噪聲去掉。
目前從結構來分類，主動降噪分為前饋主動降噪、後饋主動降噪和混合主動降噪。從難度上來說，前饋主動降噪相對容易，後饋相對複雜，而最困難的當然是混合降噪。
孔繁波進一步介紹，從實現方法來分類的話，目前主要有模擬主動降噪和數字主動降噪。「數位技術還沒有發展到現在這種程度的時候，模擬的主動降噪是佔主導的。當時是極少數有做出數字主動降噪，原因就是DSP的性能各方面比較不足。模擬的主動降噪其實跟剛才看到的原理一樣，它就是要輸出一個幅度相同，但是相位相反的一個抵消波，讓他去抵消掉這個信號。模擬可以用運放去搭建，通過一些外圍的電阻電容器件去搭建。」孔繁波補充。
不過隨著時代的發展，現在主流廠家都積極去推動數字主動降噪的技術，因為進入到數字領域，降噪技術可以做的東西就會變得更多。從數字主動降噪技術來說，它也分為經典ANC和自適應ANC，兩種方式都有各自的好處。
孔繁波表示，ANC最大的技術難點就是關於速度的問題。ANC要做的事情就是在聲音傳過你的耳朵前，要去做一個相位相反幅度相同的抵抗噪聲，這兩個噪聲在耳朵位置相加便會被消除掉。
聲音在空氣中的傳播速度是380m/s，如果是通過實體，這個速度會再提速。「如果耳機一般大小是2-3釐米大小，那麼聲音穿過你耳朵的時間就需要55微秒左右。」孔繁波解釋。
這意味著聲音處理晶片需要在55微秒內把信號處理完畢，然後去產生一個抵消的噪聲源，因此這對DSP的處理能力要求特別高。
後饋主動降噪會在耳機內部採集噪音，但它有一個比較大的問題便是聲音採集屬於滯後，這意味著它的降噪寬度沒有前饋來得大，一般後饋主動降噪是消除低頻的噪音。「其實大部分耳機在做降噪調試的時候，前饋部分是主要的，而後饋降噪是錦上添花的作用。假如前饋ANC能消除25db噪音，而後饋加上後也能消除10db，那麼總體來說可以做到大概35db的降噪效果。」孔繁波表示。
數字主動降噪其實相對模擬主動降噪的應用範圍會更加廣，同時可靠性也會更高。此外其也能支持多種的ANC數字算法，可以做更多的算法去優化ANC的效果，這對於產測的便利性也會提升。
進入數字領域後，對於降噪的深度也是可以方便調控。控制部分可以通過APP去實時調節，而且也可以根據產品的市場定位去做降噪深度的改變。放著以往模擬主動降噪，其調試需要通過電容電阻和一些濾波器手工調試計算，對比數位化要複雜得多。
主動降噪技術並不是一個IC公司便能完成，它背後還是有一套完整的產業鏈。其包括了聲學模具設計公司、ANC喇叭製造、ANC MIC製造、IC設計公司、產測設備、聲學設備商。當中著名的IC設計公司有中科藍訊、高通、BES和洛達等，而ANC MIC製造便有歌爾、韋爾、敏芯微等。
中科藍訊在今年推出了最新的藍牙SoC迅龍BT889X，它採用了業界最小的一個封裝，屬於配備了ANC功能最小的藍牙SoC。擁有優秀的模擬電路性能，內置MIC程控低噪聲放大器， 92dB SNR 高採樣率ADC和SNR98dB 低壓全差分 DAC。
孔繁波表示，迅龍BT889X混合降噪深度可以做到35dB，而前饋降噪深度28dB，寬降噪範圍50 – 2.5KHz。晶片內置一個完整的ANC DSP算法，除了可以用第三方的算法外，也可以直接使用內置的算法，當然還會配有一些非常靈活的調試工具去配套使用。
上圖是前饋主動降噪測試的圖表，環境噪聲曲線是紅色的線，而綠色的代表被動降噪，白色的線是主動降噪。從綠色的線可以看到，大概從500赫茲開始便有一個衰減，這意味著耳機的被動降噪噪聲抑制從500赫茲開始往下衰減，高頻壓制比較多。因此我們帶上耳機在街上走路的時候，你會感覺跟別人交談會比較困難。
再看到白色的曲線，這是採用了主動降噪技術後的降噪效果。除了高頻段1K-20K赫茲頻段壓下來，從低頻段的20赫茲開始一直到1K赫茲，其整體曲線要比紅色低不少，這表明帶上主動降噪的耳機後，人耳感知比較強烈的噪聲會被一段一段壓下來。事實上高頻部分可以通過被動降噪實現，而低頻部分便需要主動降噪晶片去做噪音消除的壓制。
中科藍汛在開發上提供了全面的配套工具給客戶使用，包括了可視化的編程功能配置、ANC的可視化調試，當然還有後續的產測軟體。
目前迅龍BT889X晶片主要應用在藍牙耳機方面，能夠支持雙模藍牙5.0規範，同時也能夠支持一些APP的應用。在這麼一塊小小的晶片內部，其已經集成了諸如ANC混合主動降噪功能，可以實現固件升級、彈框配對、顯示電路等操作。
此外其特別針對遊戲進行延時的優化，100ms的延時可以令遊戲的音畫貼合，更加逼真。解碼方面支持ACC音頻解碼，擁有主從切換功能，能夠左右耳機快速對連。
對於現在目前比較流行的耳機觸摸技術，迅龍BT889X也是在晶片內部便集成，這樣可以不去額外添加外掛的觸摸晶片，為寸金尺土的耳機內部空間騰出更多可能性。
（校對/譚倫）