不用戴降噪耳機的「降噪耳機」

近年來,降噪耳機已經走入了許多人的生活當中;但優化用戶體驗的問題一直都需要新的思考。具體來說,我們平時所用的降噪耳機按照原理主要分為兩種:一種是被動降噪(Passive Noise-Cancelling)耳機,另一種是主動降噪(Active Noise-Cancelling )耳機。

被動降噪耳機,即通過耳機上的隔音材料或者是特殊的結構盡量隔絕噪聲,主要是入耳式耳塞和全罩耳式耳機,長期佩戴的話會使得耳朵脹疼,過大的聲壓甚至還會對聽力造成影響。

主動降噪耳機,即在耳機中設置了專門的降噪電路。一般通過音頻接收器(如微型麥克風)和抗噪聲輸出芯片,通過接收、分析外界噪聲的頻率並產生與其相反的頻率,相互減弱或抵消,從而達到屏蔽噪聲的目的。

但事實上,無論是哪一種降噪耳機,用戶的佩戴時間過長都會影響使用體驗,尤其是在需要降噪的環境中睡覺時。

長期以來,悉尼科技大學音頻、聲學和振動中心的研究人員一直都在研究新型虛擬噪聲消除系統,該系統可以將主動降噪的部件從個人音頻設備轉移到椅子的頭枕上。

主動降噪技術的起源可追溯到 20 世紀 30 年代。當時,美國授予了第一項相關的專利,該專利可以通過反轉聲音的極性並播放這些聲音來消除不需要的噪音。1989 年,主動降噪耳機的第一個工作原型由航空工業發布。1991 年,主動降噪技術被用於封閉空間內的噪音控制,被搭載上了日產藍鳥的硬頂車型。

盡管主動降噪技術的發展已經有了近一百年的時間積累,但不同於主動降噪耳機,主動降噪頭枕的噪聲消除系統多年來幾乎沒有進展。

參與研究的肖童(音)透露了一些原因。

現有的主動降噪頭枕所使用的麥克風被放置在用戶頭部周圍的位置,以采樣用戶能夠聽到的聲音。這些設備最適合處理高達 1 kHz 的低頻噪聲。然而,耳機的耳罩和隔音材料所帶來的被動降噪效果,可以有效減少高頻噪音,包括4-6 kHz 的人類的聲音。這正是主動降噪頭枕所缺乏的。

為了解決這一問題,研究團隊需要搭建一個同時處理高頻噪音和低頻噪音的主動降噪系統。

因此,他們基於激光多普勒振動儀(LDV)設計了一個遠程聲學傳感系統,該系統可以測量大范圍內的非接觸式振動。在測試中,他們在耳朵里放置了一層珠寶大小的反射膜,作為 LDV 的拾音器。

據肖童透露,測試成功了,系統能夠有效消除 6kHz 的噪聲,衰減效果到 10-20 分貝。

研究人員在三種有典型的噪聲環境中測試了這個系統——乘坐飛機時、飛機從頭頂飛過時,人們說話時。肖童表示,他們的系統性能接近一副主動降噪耳機,具有寬頻率響應,但不需要笨重的耳機或其他設備。他說道:

我們稱之為「主動降噪虛擬耳機」。

不用戴降噪耳機的「降噪耳機」

左:兩個輔助揚聲器放置在頭部和軀干模擬器(帽子)後面,用於聲音控制。如圖所示,多個主擴音器被任意放置,以模擬來自不同方向的噪音。激光多普勒測振儀(LDV)發出的探測激光束對准耳膜。

右圖:一層反射膜被放置在靠近帽子左合成耳道的耳道處。LDV 可遠程測量膜表面的振動頻率,從而為主動降噪控制器發送信號。

這些「虛擬耳機」一直模擬器設備上演示,以記錄測量結果。不過,目前也已經有人類受試者進行了初步測試。肖童說道:

這樣的配置簡單又有效,目前最大的限制就是成本高昂。因為系統所需的 LDV 是一種精密的科學儀器,價格並不便宜。

當然,該系統還有其他方面有待解決,比如反射膜放置在人耳中哪個位置更合適;更高水平的主動降噪效果如何實現等。

來源:cnBeta