DIY無極限:自己設計一款反饋式主動降噪耳機,其實很簡單

2020-11-29 電子產品世界

　　前饋式耳機一般來說是比較容易開發的，因為設計工程師通常不用處理穩定性方面的問題。然而，這種拓撲的一個主要缺點就是風噪聲(Wind noise)，因為它的降噪麥克風是直接暴露在環境中的。克服此缺點的方法之一就是採用反饋式主動降噪技術。此篇文章將說明採用ams的AS3435設計反饋式主動降噪耳機所需的步驟。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/278834.htm

　　設備綜述

　　同設計前饋式耳機一樣，反饋式耳機也需要特定的設備，其中最重要的就是能夠測量頻率響應和相位響應的音頻測量系統。

　　適合用來進行這些測量的音頻設備包括Audio Precision、Bruel Soundcheck等。搭配不同類型人工耳的人耳仿真器可用來模擬人耳的聲學響應。推薦採用Head Acoustics、Bruel GRAS的產品。

　　常用於前饋入耳式產品的IEC711耦合器在這項應用中是不需要的。在反饋入耳式系統中，麥克風的擺放會受到空間限制。所以，99%的反饋式耳機一般都是罩耳式(on-ear)或者包耳式(over-ear)設計。當然，目前市場上還是有反饋入耳式設計的。除了仿真人耳和能夠測量增益和相位的音頻測量設備之外，其餘的用於前饋式設計的設備已經包含了所有開發反饋式主動降噪耳機的需求。為測定耳機的主動降噪性能，還需要一個雙向式揚聲器系統(最好是雙向同軸揚聲器)，以便將主動降噪耳機暴露在噪音場中進行測試。

　　設計反饋式主動降噪耳機所需的最後一個要素是AS3435評估板(EVB)，它包括了所有必要的連接器和前置放大器，滿足了耳機聲學特性量測時的需求。

　　如何量測反饋式耳機聲學特性?

　　除了襯墊(cushion)和揚聲器聲腔等機械組件之外，每部主動降噪耳機還需要揚聲器和主動降噪麥克風等電聲組件。這些組件集合在一起，決定了耳機的頻率和相位響應。不同的耳機會有不同的頻率和相位響應，所以需要正確的特性量測來實現各個耳機主動降噪性能的優化，以達到最大的帶寬。

　　相較於前饋式系統，反饋式系統的主動降噪特性測量是非常簡單的，所需要的就只是量測耳機揚聲器和主動降噪麥克風之間的開環迴路。

　　

 

　　圖1：反饋式耳機特性測量

　　測量裝置包括圖1所示的Audio DAQ(數據擷取)系統、人工頭及主動降噪耳機。數據獲取(Data Acquisition)系統的輸出連接至AS3435評估板的輸入，主動降噪耳機的揚聲器需連接至AS3435評估板的耳機放大器輸出，同時，主動降噪麥克風連接至評估板的麥克風輸入。設計所需的麥克風偏壓(bias voltage)由評估板提供，因此麥克風連接無需額外的外部組件。

　　最後一個重要且必需的連接，是從評估板的QMICx引腳(麥克風前置放大器輸出)連接至DAQ系統的模擬音頻輸入。在測量開始前，AS3435評估板必須進行正確配置。評估板軟體的屏幕截圖如圖2所示。很重要的一點是，要將麥克風前置放大器增益設定為0dB，使其之後能匹配ams的濾波器計算模板。

　　

 

　　圖2：反饋系統特性測量時的軟體配置

　　另外，將耳機多路輸入設定到「未連接」位置也是必需的，有助於避免麥克風信號回饋至揚聲器。當然，這是主動降噪運作期間所需的，而非針對開環迴路特性的測量。

　　當評估板得到正確配置後，DAQ系統就會產生一個從20kHz至20Hz的正弦掃頻信號。然後DAQ系統便會測量麥克風前置放大器輸出端的增益和相位響應。該測量包括所有反饋濾波器設計所需的相關信息。

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