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                高性能數字ANC主動降噪方案

                發布時間:2020-03-05 責任編輯:wenwei

                【導讀】隨著社會進步、城市化快速發這神秘高手展,我們的生活環境也在逐漸變得復雜,所接觸到的噪音汙染也越╳來越大了。雖然我們使用的耳機產品越來越高檔,但在室外使用普通耳機耳輕輕一挑塞只能通過提高音量來蓋過噪聲,這樣就不可避免地對我√們的聽力造成一定的損傷。針對這個♀問題,使用降噪耳機是比較好的選擇,可以讓消也遠遠費者在飛機、火車、地鐵等噪音比較大的環境中,較好地保護聽力,同時也能安靜地享受音樂帶來的樂趣。
                 
                ANC主動降噪主人基本原理是通過Ref Mic(reference microphone)采集環境噪音噪聲,通過降噪系甚至完全超越了醉無情統電路產生降噪▽MIC接收的外界環境噪音相等的反相信號,將噪↘聲抵消(如圖1所示)。
                 
                /art/artinfo/id/80037781
                 
                ANC主動降噪耳機的好處在於低頻噪聲的五彩光芒一閃控制效果顯著,減輕噪音對人體健康的影響。一般情況下㊣,ANC主動降噪的有效頻率在50Hz—2KHz之間。對於超過2KHz的噪音,降噪耳機可以通過耳機的能夠讓你突破到這地步就已經夠了結構設計與對手就是他了材料的選擇,融合被動降噪△的方法、耳機入耳式結構設計與耳帽采用隔音材料等,也可以起到很好的降噪效←果。主動降噪只需專註於消他們雖然疑惑除低頻噪音,與被動降噪相輔相成。
                 
                ANC主動降噪耳機目前有模擬和數字兩種主流⊙方案,但在大放心規模生產時,模擬降噪方案需要調整外圍的RC阻容器件作為濾波器反 饋端的參數,而RC器件的精∩度導致最終耳機的降噪能力差異極大,且不良率〒很高。對於小心這個問題,技術型授權分銷商Excelpoint世健公司的技術支持部副經理Jack Yao向我們介紹了ADI 數字主動降噪方他并沒有著急出手案。他表示,面對消費級ANC耳機面臨一致性地方地方、功耗、音質三重挑◣戰,該方案都可以一並解決。
                 
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                如圖2所示ADAU1777框架結構圖〓, ADAU1777具有快速高精冷冷度(高達768 kHz)采樣處理路徑,5μs analog-to-analog延遲,保證了DSP處理濾波器速度和精度;4個ADC模擬輸入,可配置為麥克風或線路↘輸入;同時,兩路數字麥克風輸入老朽等候多時了啊可作為選通輸入。基於以上性能,ADAU1777已在國內外各身上大耳機ODM廠商都有成熟產〇品的應用和量產。
                 
                Jack還向我們▲介紹了ADI發布了新一代DSP產品 ADAU1787。這款產品針對主動青神風降噪耳機的應用又做了進一步的性能優化和提升。
                 
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                如圖3所示 ADAU1787框架圖,ADAU1787具有獨特●的雙核設計,FastDSP 核做主動降噪濾波器處理,同時SigmaDSP核做EQ後處理,對降噪可以說是這里面實力最強處理後損失的音樂中低頻部分做補償。
                 
                因為混合(hybrid)主動降噪解決方案需要四個主動降噪麥克風:其ξ中兩個用於前饋回路,兩個用於反饋回路,再加上line in通道〓至少需要6個輸入通道,ADAU1787提供4路ADC輸入接口他們可能會躲起來偷襲和4路數字麥克風輸入,且這些輸入口是並行ξ 輸入,所以ADAU1787可以實現單芯片應用於混合(hybrid)降噪耳機。同時,ADAU1787還能提供2.3*2.8 mm的更小BGA封裝,在1.8V供電功耗僅約它也知道為6-7mW,可以應用在功耗和芯片體積要求更嚴苛的TWS耳機。
                 
                主動降噪(ANC)耳機設計和『調試
                 
                如何設計一款高性能主動降噪(ANC)耳機呢?Jack進一步介紹了主動◇降噪(ANC)耳機設計和調這黑熊王試步驟。
                 
                首先需要這一次進行的是Matlab仿真模型搭建,如圖4是ANC系統框架:
                 
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                一共三層,用虛線︼分隔:最上面一層primary path是從Ref Mic到Error Mic的聲學怎么厲害了通道,響應函數用P(Z)來表示;中間一》層是模擬通道,其中secondary path是adaptive filter輸出到返回殘差的通路,包括DAC、reconstruction filter、power amplifier、speaker播放、再采集、pre-amplifier、anti-aliasing filter、ADC;最下面一Ψ 層是數字通路,其中adaptive filter不∏斷調整濾波器權系數來削減殘差,直到收斂。最常直接朝第五層用的方案是用FIR濾波器結合LMS算法來實現自適應濾波器▅。簡化圖4,可以得到圖5。
                 
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                這裏adaptive filter輸出後經情況過S(z)和desire output比較後,可看著風沙暴能會引起instability。一種有效的╱方法是FXLMS(Filtered-X LMS),也就讓x(n)經過Sˆ(z)S^(z)再輸入給LMS 模塊, 使adaptive filter可以正常收斂。也就是說,自適應濾波器的權系數是由耳機的∞primary path和secondary path決定的。耳機的primary path和secondary path相對穩定,所以adaptive filter的權系數也相對為了這五帝之位穩定。用變步長LMS的adaptive filter,得仿真結果如圖6,在0到2KHz範圍內(圖6)。
                 
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                接著第二步,就需要一些設備對耳機→的聲學特性做檢測,可選用的龐大音頻設備有Audio Precision、Soundcheck等。人耳模擬裝置也是重要的一部分,如來自Head Acoustics、GRAS的IEC711。
                 
                人耳模擬裝置可在量測耳以為首機特性時,用於模』擬人耳響應。這些人工耳集成了高度精確的麥克風,能測量到人戴耳機時Ψ真實聽到的聲音。另外還需而何林要一個揚聲器,用於測量耳機的被動衰減特性。耳機腔體聲學指標的測試是ANC濾波器仿︽真設計非常重要的環節。
                 
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                最後,需要在ADI Sigmastudio 圖形化工具對身上頓時九彩光芒爆閃身上頓時九彩光芒爆閃Matlab仿真系數做相應濾波器參數的代入和調整(圖7),而這部分調你應該在等援兵吧試需要和耳機聲學曲線測試做反復驗∏證。
                 
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                總的來說,ANC降噪耳機市場潛力很大,而采用數字芯片來實¤現ANC降噪處理的耳機是未來發展方光芒向,但從研發到量產這條路上還有很多挑戰,包括了研發階段的ID設計、傳遞函數測◣量、ANC濾波器仿真根據我們和調試,量產階段的來料檢驗控制、成品產線自動增益調風雷之眼顯現整系統等。目前,世健與有↓經驗的IDH配合支持客戶,可以縮短客戶產品ω的研發周期。
                 
                如圖8是IDH用ADAU1787在一款頭所以不會有危險戴式ANC耳機測試曲線。
                 
                最深降噪-40DB,在50-2khz平均-30DB以上降噪深度。
                 
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                備註:文中關於Matlab仿真模型№算法參考: Kuo S M, Morgan D. Active Noise Control Systems: Algorithms and DSP Implementations[M]. John Wiley & Sons, Inc. 1996.
                 
                 
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