在我最新的文章（自动降噪发展趋势、概念及技能难题）中，论述了现有的各种自动降噪拓扑结构，并对原始规划商和合约制造商在出产进程中遇到的困难进行了剖析。开发进程的另一个难题是自动降噪回路自身。本文将叙说以AS3415自动降噪芯片为根底规划一款自动降噪前馈耳机的必要进程。
在正式开端制造一款自动降噪耳机之前，咱们需求特别的音频设备。首先是用于丈量频率呼应和相位呼应的音频丈量体系。可选用的音频设备有Audio Precision、BrüelKjaer、Soundcheck等。除了音频丈量体系，人耳模仿设备也是重要的一部分，如来自Head Acoustics、BrüelKjaer或GRAS的IEC711（入耳式自动降噪产品）或HeadTorso模仿器（头戴式及耳罩式产品）。人耳模仿设备可在量测耳机特性时用于模仿人耳呼应。这些人工耳集成了高度准确的麦克风，能够丈量到人戴耳机时实在听到的声响。别的还需求一个扬声器，用于丈量耳机的被迫衰减特性，这是滤波器规划的一部分。此扬声器应该是双向式扬声器，且最好是同轴双向式扬声器，以确保从扬声器到耳机的高频与低频的传输间隔持平。最终需求AS3415评价板，它包括了一切必要的连接器和前置扩大器，使功用测验进程尽或许流畅地进行。
为什么要对耳机进行功用测验？
每个耳机的声学表现都不尽相同。原因很简略，因为耳机选用不同的组件，如具有不同阻抗和传递系数的扬声器。且每一款耳机的弹性衬垫以及前后声腔也都不相同。
要制造自动降噪耳机，了解耳机的特性很重要，这样才干取得杰出的降噪功用。自动降噪前馈耳机运用ECM麦克风捕捉耳机外部的噪音。电子线路会发生一个抗噪反信号，然后经过扬声器播映出来。理论上，ANC回路是一个简略的反相电路，但现实并非如此。因为耳机的不同组件会影响频率呼应和相位呼应，简略的反相无法则ANC抵达功用要求。为了解耳机在增益和相位方面的表现，ANC耳机的功用测验显得尤为重要。
为了得到抱负的ANC滤波曲线，咱们有必要选用榜首段说到的设备进行三项丈量。榜首项丈量是被迫衰减丈量，如图1所示。
图1：前馈功用丈量一
咱们用同轴扬声器宣布20Hz-22kHz的扫频声波，并丈量抵达人耳的声波。抵达人耳的声波可运用人耳模仿器内部的麦克风来丈量。这样，咱们测到耳机自身引起的噪声衰减，即被迫衰减。
如图2所示，第二项是捕捉噪音的麦克风的频率呼应丈量。相同，正弦扫频信号经过同轴扬声器播映出来，并由ANC麦克风搜集。
图2：前馈功用丈量二
第三项，也便是最终一项，（如图3）是耳机内部扬声器的频率呼应和相位呼应丈量。20Hz至22 kHz的扫频信号由耳机内部的扬声器宣布，供测验运用的人工头内的麦克风搜集到该信号。该项检测丈量了降噪信号经过扬声器播出时的传递函数，以及信号是怎么被人耳接纳的。相位对这三项丈量都十分重要，假如扬声器播出的抗噪信号与从环境进入人耳的噪音具有相同的相位，噪音非但不会削弱，还会被扩大。
图3：前馈功用丈量三
核算自动降噪滤波器的抱负值
一旦完结这三项丈量，咱们就能够用丈量成果来核算ANC滤波器的抱负值。所需的滤波器振幅核算如下：
所需滤波器的相位核算如下：
核算成果能够很简略经过Excel表格得出，一个滤波器典范如图6显现。典范的频率呼应及相位呼应标明，仅运用一个全频宽的反相扩大器是难以做出抱负降噪信号的。
开发滤波器
一个好的ANC耳机的关键在于滤波器的规划。假如滤波器的规划不合理，即便再好的ANC芯片也没用。滤波器规划的方针是尽量匹配增益和相位呼应。在特定频率匹配得越好，ANC功用也就越好。因为是模仿信号处理，滤波器的仿真一般是经过spice仿真东西完结的。图4是一个spice仿真线路，该线路表现了ANC麦克风滤波器的信号途径。
图4：Spice滤波器仿真典范
ANC滤波器规划工程师的意图是将图4滤波器仿真线路中的增益和相位呼应与核算出的抱负曲线匹配起来。现在人们运用的典型滤波器有一阶低通滤波器、陷波滤波器、高架及低架滤波器。规划师有必要了解不同的拓扑结构以及截止频率、通带、阻带的核算方法。这当然不是一个简略的使命，尤其是当他们不习惯运用spice仿真东西和模仿滤波器开发东西时。
图5：AS3415前馈滤波仿真东西
为了处理这一问题，AS3415评价软件整合了前馈滤波器仿真东西，如图5所示。规划工程师能够运用这一东西来规划抱负的ANC滤波器。这一东西供给了一套预界说的滤波器架构，替代了修正零件值及滤波器结构的做法。根据为许多不同客户模仿的滤波器结构，这些预界说的滤波器结构能够包括90%的ANC声学需求。图6显现了该东西的模仿成果。绿色曲线代表抱负的ANC增益和相位呼应，蓝色曲线显现了运用图5的东西制造的ANC滤波器的模仿成果。规划滤波器时，有一点很重要，那便是咱们要重视哪些频段。ANC耳机的运作有特定的频率规模，这并非因为AS3415自身的局限性，而是跟声响的传播速度及耳机的声学特性相关。假如咱们只重视抱负滤波曲线中的增益呼应，规划符合该曲线的滤波器则很简略。但问题是在ANC滤波器的规划中也得一起匹配相位。因为更高频率下的相位简直旋转了180度，规划出的滤波器很有或许与频率呼应匹配，而不与相位匹配。取决于不同的耳机及其相位呼应，咱们一般能够做到1.5kHz频率以下的滤波器匹配。更高频的部分需求尽或许的衰减。假如不衰减这些未匹配的高频部分，或许会引进噪音。咱们在低频部分削弱噪音，但假如高频的相位失配，就会导致噪音被扩大。为了防止这一现象，咱们会尽量在无法匹配的区域下降增益。图6中的绿色通明区域代表咱们一般能抵达的增益和相位的最小失配。赤色区域是咱们要尽量衰减的部分。高频衰减和相位呼应之间有必要抵达一个杰出的平衡。假如在高频下衰减得太多，会影响到低频的相位呼应，然后或许失掉ANC的作用。
图6：模仿成果
滤波器查验及ANC测验
得到令人满意的滤波曲线今后，AS3415滤波器仿真东西一起供给资料清单输出功用。因为该东西和AS3415的评价板相匹配，资料清单中列出的项目能够被焊接在评价板上，以测验带有该滤波器的ANC的功用。测验包括两项内容：一是耳机戴在人工头上时的被迫衰减测验，二是翻开AS3415芯片并装备好前馈降噪功用时的频响测验。ANC功用核算如下：
这些核算能够经过一个Excel表格来完结，并生成一份音频规模内的ANC降噪功用曲线图。这张ANC降噪功用曲线图在降噪耳机的规划及出产进程中是十分重要及常见的。AS3415的开发东西以及ANC降噪耳机开发相关的使用注解和样板现已上线。
