作者 / 邓帅博 章月新 刘剑 南京航空航天大学 自动化学院(江苏 南京 211106)
*基金项目：中心高校根本科研业务费专项资金(编号：NS2016034);南京航空航天大学研讨生立异基地(试验室)敞开基金(编号：kfjj20160304)
邓帅博(1993-)，男，硕士生，研讨方向：自适应信号处理与自动噪声控制。
摘要：AS3415作为一款单芯片自动降噪计划，在消费电子类自动降噪耳机商场上有着广泛运用。根据AS3415模拟式前馈自动降噪芯片，规划了一款头戴式自动降噪耳机，旨在探求该芯片在运用中需处理的实践问题。包含自动降噪芯片的硬件结构、降噪原理、原型机声学功用测验过程和反应滤波器网络的规划与仿真。以AS3415演示板和一般头戴式耳机为试验渠道进行降噪效果测验。试验结果与剖析标明，在一般室内环境中，上述降噪芯片对700 Hz以下噪声有显着降噪效果。
0 导言
噪声污染作为国际范围内四个首要环境问题之一，不光干扰人的听觉、中止通讯，在严峻情况下，例如飞机起降，坦克、火炮以及某些重型机械的操作，乃至会对人的听力体系形成永久性损坏[1]。传统降噪耳机首要从结构上做出改善，选用隔音效果好的资料制造耳机。这种耳机可以阻隔800 Hz以上的噪声，但对800 Hz以下的噪音，尤其是400 Hz以下的低频噪音隔音效果欠安，而这部分噪音正是常见重噪音的首要成分[2-3]。
有源噪声控制(active noise control，ANC)技能运用声波干与相消原理，通过扬声器宣布反噪声与耳罩内噪声抵消完成降噪意图，可以补偿物理阻隔式被迫消噪耳机无法消除低频噪音的约束[4-6]。之前自动降噪电路大多选用DSP或分立元件的处理计划，这些计划的本钱、功耗均较高，且PCB占板面积较大，约束了ANC技能的商场运用。奥地利微电子(编者注：已更名为“艾迈斯半导体”，英文为“ams”)公司高集成度自动降噪处理计划的呈现，使功耗、本钱和外围元器件数大大下降，为低本钱自动降噪耳机的批量面世扫清了首要妨碍[7]。
因为AMS公司的ANC自动降噪芯片归于模拟式自动降噪计划，故需求较为严厉的声学结构测验，这一环节自身极具复杂性，需求具体的评论阐明。尽管商场上多款自动降噪耳机选用AMS公司的自动降噪芯片，但并没有相关论文体系介绍该类型芯片的运用方法。本文根据AMS公司推出的前馈式单芯片自动降噪计划AS3415，规划了一款具有低频噪声按捺造用的自动降噪耳机，旨在探求该芯片在实践开发运用中面对的实践问题及处理方法。
1 芯片硬件结构
AS3415作为具有自动降噪功用的耳机扬声器驱动芯片，首要硬件结构包含供电电路、IIC串行接口电路、音频输入电路、拾音麦克风电路、反应滤波网络、ANC处理模块及扬声器驱动电路等。其间，供电电路以单节1.5 V的AAA电池为电源，分为升压电荷泵和负电压电荷泵。升压电荷泵部分输出2.7 V电压作为麦克风电源;负电压电荷泵部分发生负电压为体系中所有音频相关模块供给负电。IIC串行接口用于上位机软件与芯片通讯，装备各种功用寄存器。音频输入电路可作为EQ均衡器对输入信号做滤波预处理，进步音效[8]。
相较于其它电路，与自动降噪功用直接相关的电路包含拾音麦克风电路、反应滤波网络、ANC处理模块及扬声器驱动电路。拾音麦克风电路将外界环境噪声转换为电信号，经反应滤波网络改动该电信号的幅值和相位，然后传入ANC处理模块进行反相处理，最终将处理后的电信号送入扬声器驱动电路宣布声响与耳罩内噪声干与相消，然后起到降噪效果。降噪流程示意图如图1所示。
2 耳机声学功用测验
因为AS3415为模拟式自动降噪芯片，故要发挥降噪功用有必要测验原型机声学功用。本文所用测验体系为杭州兆华公司的CRY6181电声剖析仪和CRY318人工耳。该电声剖析仪含四路输入/输出通道，采样率24 bit/192 kHz，测验精度±0.1 dB，本底噪声-105 dBV。测验计划根本原理如图2所示。
2.1 原型机被迫衰减特性测验
运用CRY6181电声剖析体系以频率对数扫频方法宣布20 Hz~22 kHz的正弦信号，经扬声器传递给CRY318仿真耳，其间待测验耳机放置在测验架上。此刻可以得到人工耳收集的电声信号A1，即获得了经耳罩被迫衰减后传入人工耳的声压、相位与频率的联系。声压单位为dB SPL。测验示意图如图3所示[9]。
2.2 麦克风频率特性测验
与A1测验用声响完全一致，用待测麦克风替换人工耳接入电声剖析仪，剖析仪装备不变。得到待测麦克风收集到的电声信号为A2，即环境噪声通过拾音麦克风后得到的声压、相位与频率的联系。测验示意图[9]如图4所示，声压单位为dB SPL。
2.3 耳机扬声器频率特性测验
3 滤波器的规划与仿真
3.1 滤波器频率特性的核算
