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神奇的主动降噪技术
2016/12/15 | 作者:院噪声与振动重点实验室 项京朋 | 【 【打印】【关闭】

  

  当你每天乘坐交通工具的时候,是否注意到了周围环境的噪声污染?面对耳朵里跑进来恼人的噪音,除了堵住耳朵这种被动的方法,我们现在还可以主动出击,用声音将噪声消灭掉。 

  

  用一句话来概括主动降噪的原理:通过发出与噪声相位相反,频率、振幅相同的声波与噪声干涉实现相位抵消。

  想要理解这句话,首先要明白声音是什么?相位和振幅是什么?干涉又是如何发生的。

  我们平时听到的声音,实质上是空气被挤压并不断传递的现象。

  空气收到挤压,自然就会有压缩部分和稀疏部分。这两个部分彼此交错出现,交替一次视作一个周期,而一秒钟内变化多少个周期就叫做频率。我们听到的声音往往由许多具有不同频率的声音组合而成,他们不光是频率不同,被压缩/拉伸的程度也不同,也就是振幅不一样,听起来声音的大小也就不一样。 

  

  相位的意思也很简单,某一个时刻声波处于一个周期内的位置就是相位。如果我们规定空气被压缩的最厉害的地方是相位的零点,那么半个周期之后,空气变得最为稀疏的地方,相位就变成180°。等到空气再次被压缩得最密集时,就经过了一整个周期,相位变化了360°又重新变为

  如果我们有两个频率接近或者一样的声音叠加在一起合成一个声音,他们的振幅会变大或者变小又或者不变,这个现象就叫做干涉。如果这两个声音相位一致:你振幅最大时我也最大,你最小时我也最小,那么合成出来的声音振幅就变大,听起来也就变更响了。如果两个声音频率是一样的,振幅也是一样的,但是相位偏偏相反:两个声波处处相反,彼此抵消,声音就被消除了。 

  

  现在主动降噪耳机卖得很好,具体是怎么实现这个抵消噪声的过程的呢?

  想要产生用于抵消噪声的声波,首先要得到噪声的信息才可以。主动降噪耳机设有反馈麦克风用于采集环境中的噪声信号。这里有一个先后顺序的问题:先采集噪声,但是要与噪声同时产生抵消音才能够降噪。所以处理器会根据噪声进行预测,预测出下一时刻噪声的情况,并产生相应抵消声波。

  为了保证降噪质量,还需要一个反馈麦克风用来检测所合成后的噪声是否真的变小了。这时处理器会根据这个反馈麦克风测量到的结果,对处理过程进行调整从而进一步降低合成后的噪声音量,这叫做自适应过程。好比处理器变聪明了,能够根据消噪的效果不断调整自己,以达到最佳降噪效果。 

  

  最后还要知道,具体实现的过程还有许多复杂精细的环节,从原理到现实总是这样的。现在你了解主动降噪技术了么?

 
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