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有源抗噪是一種電子新技術(shù),它是采用----反相信號(hào)來消除噪聲聲能,通過噪聲的鏡像抵制原始噪聲并使之不進(jìn)入人耳。關(guān)于電子抗噪的文章最早發(fā)表在25年前的AES雜志。那時(shí)研究人員采用電子抗噪技術(shù)來消除傳統(tǒng)的窗式空調(diào)器的噪聲，用了很多電路，花費(fèi)不菲。盡管最終是有所收獲，但其結(jié)果最多也只不過是實(shí)驗(yàn)室里的“寵物”而已。如今，有了功率大得多，價(jià)格也便宜得多的數(shù)字符信號(hào)處理芯片，它們可用于處理相應(yīng)的抗噪信號(hào)。
嚴(yán)格地說，將有源抗噪看成是使噪聲得到衰減則更為恰當(dāng)，因?yàn)榭乖胄盘?hào)不可能完全消除噪聲。有源抗噪是電子產(chǎn)品研制中一個(gè)值得深入探討的課題，越來越引起世人的重視。當(dāng)初，電子科技工作者主要是采用諸如無(wú)源靜噪器之類的寬帶寬抗噪技術(shù)來抗噪。通稱為無(wú)源抗噪，無(wú)源抗噪的方法包括在聲管中附加吸聲材料的和改變汽車消聲器障板及聲管的聲學(xué)阻抗。但是，用無(wú)源抗噪的方法要使空調(diào)器在低頻衰減10dB噪聲是非常困難的，它需要許多非常嚴(yán)密的措施以使風(fēng)扇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)扇風(fēng)，當(dāng)風(fēng)扇的負(fù)荷加大時(shí)，風(fēng)扇的噪聲也就越大。因此，無(wú)源抗噪難于達(dá)到預(yù)期的目的。相比之下，有源抗噪是較可取的一種抗噪方法。比如說，電影院和工廠都有空調(diào)設(shè)備，頻率在250Hz時(shí)，穩(wěn)定共振高于環(huán)境噪聲級(jí)10dB，有源抗噪可以衰減那種峰值信號(hào)，明顯地改善噪聲頻譜------噪聲更為均勻地散布在所有頻率之中。
1989年．Digusonr公司研制出一種以DSP為基礎(chǔ)的電子抗噪處理器，主要用于降低空調(diào)管，煙管，燃燒管等管子的噪聲，有人試圖將這種處理器用于解決室內(nèi)聲學(xué)問題，如錄音室之間的混響過渡，聲泄以及其它聲學(xué)問題。
然而，由于諸多原因，使得有源抗噪這種技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。首先，處理器并不是恰好在實(shí)時(shí)時(shí)間里工作，噪聲出現(xiàn)和重復(fù)的時(shí)間至少應(yīng)持續(xù)零點(diǎn)幾秒才能使處理器防止誤觸發(fā)。處理器需要一反饋時(shí)間以擴(kuò)大噪聲信號(hào)，如果處理器發(fā)生誤觸發(fā)，便會(huì)產(chǎn)生一種寄生信號(hào)，這種信號(hào)可能比現(xiàn)行環(huán)境噪聲更具破壞性。其次，令人更為棘手的是相位的聲學(xué)問題。空調(diào)管的橫切面不算寬，抗噪信號(hào)的相位要很準(zhǔn)確，才能對(duì)500Hz甚至更高頻率有好處。對(duì)更為寬的帶寬來說，空調(diào)管可分成多個(gè)橫切面，但在一般情況下意義不大，因?yàn)橹蓄l抗噪不必花很大的成本，但要進(jìn)行電子抗噪就很復(fù)雜。
用消聲器抗噪最難的是低頻抗噪。因?yàn)闊o(wú)源抗噪會(huì)阻礙空調(diào)管，增加空調(diào)管的驅(qū)動(dòng)負(fù)載，電子抗噪則更為真接，并能保持負(fù)載效力；混合抗噪------對(duì)低頻進(jìn)行有源抗噪，對(duì)中頻進(jìn)行無(wú)源抗噪，是比較理想的抗噪方法。
還有一種可以實(shí)現(xiàn)的抗噪方法是采用Pewback揚(yáng)聲器抗噪，這種揚(yáng)聲器不帶功率放大器，但可降低甚至消除低頻噪聲，比如空調(diào)噪聲和低頻混響噪聲等。因?yàn)榈陀?50Hz的低頻混響聲的衰減時(shí)間很長(zhǎng)而且變化非常之慢，所以，采用Pewback電子混響抗噪能起到一定的作用。具體做法是：將揚(yáng)聲器安裝在座位背后，角度對(duì)準(zhǔn)特定座位的聆聽者，揚(yáng)聲器與耳朵的距離必須小于6英寸。這樣做至少可以降低在數(shù)百赫茲頻率范圍里的噪聲。
根據(jù)有源抗噪的原理，BOSE公司和Sennheiser公司先后研制出抗噪聲耳機(jī)。專家們指出：在耳機(jī)中采用有源抗噪技術(shù)是最為現(xiàn)實(shí)的。
在耳機(jī)揚(yáng)聲器與你的鼓膜之間放置一個(gè)小話筒（傳聲器），拾取環(huán)境噪聲，并將其輸入到不斷產(chǎn)生對(duì)抗噪聲的電子電路之中，然后又將這種環(huán)境噪聲輸送給耳機(jī)揚(yáng)聲器，如果一切都正常，不僅可使環(huán)境噪聲降低10dB，而且在不掩蓋環(huán)境低頻噪聲的情況下，還可使語(yǔ)言信號(hào)和音樂信號(hào)聽起來更為清晰，消費(fèi)類耳機(jī)和專業(yè)耳機(jī)均可在各種環(huán)境下使用。
第一副有源抗噪聲耳機(jī)是美國(guó)BOSE公司專門為軍航飛行員研制的，后來，德國(guó)Sennheiser公司又曾為滿足民航飛行員的需求而研制過有源抗噪聲耳機(jī)。在大型噴氣式飛機(jī)中，飛行員駕駛艙的噪聲級(jí)比乘客艙的噪聲級(jí)高得多，飛行員有過幾年飛行經(jīng)歷之后往往會(huì)出現(xiàn)聽力損失的職業(yè)病，其表現(xiàn)是飛行員在噪聲環(huán)境中不能聽清無(wú)線電臺(tái)的播音內(nèi)容。采用有源抗噪的方法，風(fēng)的噪聲干擾可降低10dB以上。因此，耳機(jī)中的語(yǔ)言通信電平可被降低，從而提高收聽效果。
如今，已有四種專業(yè)用有源抗噪聲耳機(jī)問世。其制造商是Bose公司,Sennheiser公司,Telex公司和NCT公司。這四種耳機(jī)都是采用封閉式耳套以阻擋外部聲音來降低噪聲(除最低頻噪聲之外,其它噪聲均可降低),采用有源抗噪方法來降低最低頻率范圍的環(huán)境噪聲。
耳機(jī)的耳套是開放式好還是封閉式好呢?應(yīng)該說和有千秋。耳套為開放式的耳機(jī),佩戴舒適,耳套為封閉式的耳機(jī),即可進(jìn)行無(wú)源抗噪,尤其是在中頻和中頻以上的頻率范圍內(nèi),也可對(duì)延續(xù)性聲音進(jìn)行很好的低頻降噪。在聲能超過100Hz的高噪聲環(huán)境下,一定得使用封閉式耳套耳機(jī)。
大多數(shù)專業(yè)用抗噪聲耳機(jī)都帶有可長(zhǎng)時(shí)間工作的控制器,電池組和充電電池。就耳機(jī)本身來說,專業(yè)用耳機(jī)要比消費(fèi)類耳機(jī)更為堅(jiān)固,重量也更重。所有專業(yè)用耳機(jī)都有固定的話筒或可活動(dòng)的話筒。
Base公司的抗噪聲耳機(jī),第一眼看上去又大又笨重,但戴起來卻非常的舒適。性能極好,盡管電池組是個(gè)負(fù)擔(dān),必須隨身帶著,但佩戴幾個(gè)小時(shí)都不便人嫌累,在高噪聲環(huán)境下采用這種耳機(jī)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)通信是極為可取的。這種耳機(jī)有個(gè)缺點(diǎn):耳套和有源抗噪的總噪聲衰減似乎很不自然,給人的第一印象是好象走進(jìn)了消聲室一樣。
Telex公司生產(chǎn)的民航抗噪聲耳機(jī),具有良好的工作性能,但也是太笨重,不便于攜帶,其電路還產(chǎn)生嘶嘶聲,盡管聲音很低,但于由耳罩的無(wú)源衰減量較高,這種嘶嘶聲還是能聽見。這種耳機(jī)適應(yīng)作內(nèi)聯(lián)通信,今年Telex公司又推出了重量更輕的抗噪聲耳機(jī)。
Sennheiser公司生產(chǎn)的抗噪聲耳機(jī),其抗噪性能和工作性能都不錯(cuò),耳機(jī)也很堅(jiān)固,適應(yīng)于高噪聲環(huán)境下使用。
NCT公司起初是生產(chǎn)Noisebuster消費(fèi)類耳機(jī),最近又推出了Proactive2000/3000系列工業(yè)用抗噪聲耳機(jī),有十種型號(hào),有的帶有能自由移動(dòng)的傳聲器,有的帶有安全帽,2000系列耳機(jī)為封閉式,重量輕,適應(yīng)于在中等噪聲環(huán)境下使用,3000系列耳機(jī)適應(yīng)于高噪聲環(huán)境下使用,2000/3000系列工業(yè)用耳機(jī)的電池組很輕,還帶信號(hào)處理器,能長(zhǎng)時(shí)間工作。
有源抗噪技術(shù)可用于降低持續(xù)性聲音的噪聲,比如象以恒速運(yùn)動(dòng)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī),柴油機(jī),風(fēng)扇等噪聲和其它反復(fù)性聲波。而音樂信號(hào)由于變化太快，只能通過封閉式耳機(jī)進(jìn)行降噪，而不能通過電子電路降噪，一般的封閉式耳機(jī)，會(huì)給人一種耳朵發(fā)悶，耳道發(fā)熱的感覺，佩戴久了很不舒服。專業(yè)用封閉式耳機(jī)，尤其是那些專門在音樂廳工作的樂師的耳塞，而帶有小小的導(dǎo)聲孔，導(dǎo)聲孔可通過整個(gè)音頻范圍的信號(hào)，并將信號(hào)得到均勻的衰減，否則，過分低的低音將分布不均勻，而中頻和高頻的信號(hào)則會(huì)逐漸阻塞。
如果外部噪聲很大或很深沉的話，所有開放式消費(fèi)類耳機(jī)都會(huì)過驅(qū)動(dòng)，比如，意大利Koss公司生產(chǎn)的耳機(jī)就特別不適應(yīng)在飛機(jī)起飛和著陸時(shí)使用，因?yàn)槎鷻C(jī)組件會(huì)隨著起落抖動(dòng)，使佩戴者感到很不舒服。
所有的耳機(jī)都或多或少會(huì)給人一種壓迫感，這也許是由于揚(yáng)聲器組件不在其線性范圍里工作所致，而且在高聲級(jí)極低頻的條件中壓迫感最為明顯。但昂貴的航空用耳機(jī)，在那種條件下給人的壓迫感則沒有那么明顯，而消費(fèi)類耳機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間使用之后，會(huì)給人一種難以忍受的壓迫感，這是一個(gè)有待解決的實(shí)際問題。
順便要提及的是耳機(jī)的價(jià)格問題，僅僅幾前年，專業(yè)用有源抗噪聲頭戴耳機(jī)的售價(jià)為1000美元，NCT公司的消費(fèi)類耳機(jī)也在300~500美元之間，但現(xiàn)在有競(jìng)爭(zhēng)性的名牌消費(fèi)類耳機(jī)卻大大低于200美元。
有源抗操技術(shù)運(yùn)用到耳機(jī)中僅是這種技術(shù)的開端，盡管有源抗噪的成本比傳統(tǒng)消聲器的成本高5倍左右，但在某些特定的條件下，這也許不是很重要的。因?yàn)橛糜谧饔性纯乖氲膿P(yáng)聲器不會(huì)阻擋發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，這就可節(jié)約大致5%的燃料費(fèi)用。如果能設(shè)計(jì)出有源抗噪消聲器，其有源抗噪所增加的成本則遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的消聲器小很多，更不用說車輛工作期間所節(jié)約的能耗。
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