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雜訊抑制耳機

2013年04月01日  | PATRICK MANNION

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最近筆者撰寫了一篇關於目前正在進行的一項研究的文章,它是有關於真正完美行動音頻的播放體驗,之後,一位非常好心的讀者寄給了我一套NC-255主動降噪耳機(active-noise-reduction headphone)。這款耳機是由香港的一家ODM商Cobalt Industries所生產,零售價格介於60至80美元之間,以這種相對算低的價格,其所提供音頻的品質算是不錯了,但我最感興趣的是它的主動降噪效果。所以我花了一些時間,要深入地去了解它。

主動降噪這項功能主要是為那些經常搭飛機且希望降低機艙和引擎雜訊的人們所設計的,不過我是在一間旅館的房間裡進行測試的,旁邊是我的妻子和兩個正在嬉戲的孩子,我想要測試是否在聽音樂時感覺不到環境四周的聲音。實際的效果確實不錯!而且還有驚喜:當我需要轉移一些注意力時,根本不用拿開正在播放音樂的耳機,因為它有一個很好用的“聆聽周圍”(hear around you)鍵,按下它就可以降低音樂聲而放大環境四周的聲音。生活就是可以這麼簡單。

圖 1
1. NC-255降噪控制器有“聆聽周圍”功能,能在必要時降低音樂音量,而放大環境四周的聲音。該器件最多可減少25 dB的雜訊,電源是由單顆的AAA電池供應。

2. NC-255採用的是正回饋主動降噪(feed-forward active noise cancellation)方法,它通過環境雜訊話筒的拾取,探測耳機外面的聲音。與之相反,基於回饋的(feedback-based)方案則是探測耳道中的雜訊。



降噪功能已經在市場上銷售很多年了,但仍希望經由演算法、製程與方法來持續地改善其效能。但隨著行動應用的普及,功耗成為了焦點。因此我希望研究一下耳機內部結構,看它是如何以一顆AAA電池來工作32小時。打開檢查了一下它的控制器,我發現它是一顆由AMS公司供應的AS3501全類比主動降噪IC。

圖 2
3. 主動降噪on/off開關。

4. 用於音量控制的旋轉鈕。



因為數位降噪法本身的靈活性,我們偏愛這種技術,但AMS公司電源管理行銷經理Oliver Jones則相反,他認為最好採用類比域中基於濾波器的相位調節以及信號放大,這樣才能滿足愛玩高級音響的人對音響品質嚴苛的要求,並儘量降低功耗。我贊同此一觀點,但關鍵在於實現的細節。

AS3501自2009年面世以來已經證明了自己的能力,現在的價格大約為2美元(千顆)。自那時起已經經過了八代的更迭,最新的一代包含了藍牙功能,價格則略為提升,為2.15美元。AMS可提供完全的設計協助,該器件也被Pinteo和Tivoli等OEM品牌採用。Cobalt公司亦為很多品牌開發NC-255的ODM版,如AT&T、Beats以及Klipsch。

圖 3
5. AMS的AS3501揚聲放大器與主動降噪IC具有0.6-μA的靜態電流、真正地(true ground)、話筒用電荷泵、0.1%的總諧波失真、>100-dB信噪比、I2C輸入,以及一次燒錄的(one-time-programmable)ROM。

6. 拆開耳機後,可看到拾音話筒的背面。

7. 40 mm直徑的Cobalt永磁揚聲器,阻抗為32Ω。






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