再談耳機(jī)降噪技術(shù)指南

耳機(jī)對(duì)于如今的普羅大眾來說,，已經(jīng)成為了生活中的必需品,，耳機(jī)作為一個(gè)私密音樂享受的小音響設(shè)備,，成為了許多音樂用戶的Hi-Fi玩家熱議的產(chǎn)品,。然而,，耳機(jī)在發(fā)明之初,，其實(shí)是一種生產(chǎn)力工具,，它被廣泛用于軍事,、錄音,、監(jiān)聽等工作上面，它的最大功能就可以讓聆聽聲音的人,，在聽音上與外界隔絕,，而這個(gè)與外界聲音隔絕的功能，我們大可以稱它為降噪,。

何為降噪（Noise Cancellation）,？
降噪是一個(gè)很大的聲學(xué)課題，無論是大場(chǎng)館,、小房間還是耳機(jī),，都存在著降噪的指標(biāo)問題，那么這些噪聲是什么東西呢,？又如何進(jìn)行處理呢,？我們可以把噪聲想象為我們不需要聽到的聲音,，這些聲音有可能是外部的，也有可能是內(nèi)部的,，例如我們?cè)诜块g中聽音樂,，除了房間內(nèi)部的反射噪聲以外，還有房間外的其它生活噪聲,，所以我們就要進(jìn)行隔音或者吸音和擴(kuò)散等處理,，進(jìn)行房間的降噪。而在耳機(jī)上面,，我們所碰到的噪聲大部分,，都是來自外界的聲音，例如身邊的人的談話聲,，地鐵中的運(yùn)行聲,，大街上嘈雜的聲音等等，耳機(jī)產(chǎn)品在使用的時(shí)候,，可能很大程度地過濾掉這些聲音,，讓我們更加集中地享受到耳機(jī)里發(fā)出的聲音。

但是聲音具有很強(qiáng)的穿透性,，一般的耳機(jī)產(chǎn)品無論如何嚴(yán)密,，都可能被聲音穿透，其次是我們的身體也能傳導(dǎo)聲音,，通過身體所接受到的聲音例如低頻等等,，都會(huì)傳導(dǎo)我們的耳朵之中。關(guān)于耳機(jī)的降噪的方式方法有很多,，但是歸納來說,，我們可以把這些方式方法分為“被動(dòng)式降噪”和“主動(dòng)式降噪”兩種。

傳統(tǒng)的被動(dòng)式降噪技術(shù)
耳機(jī)的外形設(shè)計(jì),，本來就有一個(gè)降噪的功能,，無論是入耳式耳機(jī)還是頭戴式耳機(jī)，它們都是針對(duì)我們的耳朵結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的,，它可以很好地包裹著我們的耳朵肌肉，入耳式耳機(jī)則是在耳道內(nèi)形成聲音隔絕,。通過不同的材料,、貼合角度和佩戴方式，我們可以利用耳機(jī)對(duì)外界聲音進(jìn)行很好的隔絕,，雖然不能做到100%的聲音阻隔,，但是通過佩戴耳機(jī)，我們可以對(duì)某些聲音頻段實(shí)現(xiàn)99%的隔絕,，只剩下一部分具有穿透力的聲音通過,，如外界的聲音音量太大,，耳機(jī)也只能起到減低音量的目的。

很多較為便宜的耳機(jī),，或者通過“堆料”實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)聲音的耳機(jī),，都會(huì)選用被動(dòng)式降噪技術(shù)，而這類產(chǎn)品的原理自然不必多說,，通過增加海綿,、橡膠等密閉材質(zhì)盡可能地將耳道和外界隔絕開來，從而起到降低噪聲目的,。但值得注意的是,，這種降噪方法能夠有效隔絕外界的高頻噪音，但低頻噪音的阻隔效果卻并不明顯,。

對(duì)于經(jīng)常外出旅行的朋友來說,，常常要忍受火車、飛機(jī)帶來的巨大噪音,，以致不能很好的休息,。而一般的耳機(jī)在嘈雜的環(huán)境下基本喪失了原來用來享受音樂的作用，在這個(gè)時(shí)候幾百元的耳機(jī)或許跟幾塊錢的地?cái)傌泿淼男Ч遣畈欢嗟?，面?duì)這些巨大噪聲,，有時(shí)候簡單的降噪是解決不了的。

完全為降噪而生的耳機(jī)
與被動(dòng)式降噪所不一樣的是,，主動(dòng)式降噪技術(shù)的出現(xiàn),，讓耳機(jī)的“功能”再度加強(qiáng)，這類耳機(jī)通過添加主動(dòng)降噪的零件,，讓外界的噪聲得以消除,。最為人熟悉的處理方式，就是主動(dòng)式降噪耳機(jī)在阻隔外界噪音的同時(shí),，自己卻發(fā)出另外一種噪聲,，兩種噪聲相互中和，達(dá)到了降噪的目的,。

主動(dòng)降噪耳機(jī)為有源式消聲,，其一般會(huì)在耳機(jī)線上加入一塊電池或者信號(hào)源供電，并結(jié)合降噪電路,。通過電池的驅(qū)動(dòng),，降噪電路使用內(nèi)置的麥克風(fēng)拾取環(huán)境中的低頻噪音，在運(yùn)算后設(shè)法發(fā)出與噪聲相位相反,、振幅相同的聲波,。正、反兩種聲波恰好相互抵消，低頻噪聲便神奇的消失了,。只要簡單地在搜索引擎查一下,，就能找到有很多網(wǎng)站解釋這些主動(dòng)降噪耳機(jī)的工作原理。

不過,，如果你不介意多看一些物理術(shù)語的話,，維基百科解釋得更好一點(diǎn)。聲音是一種壓力波,，是由壓縮部分和稀疏部分構(gòu)成,。減噪揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)射出與原聲波振幅相同，相位相反的聲波,。這兩種波會(huì)發(fā)生干涉,，疊加合成新的聲波，相互消除,。這就是相位抵消,。

現(xiàn)代主動(dòng)控噪是通過模擬電路或數(shù)字信號(hào)處理來實(shí)現(xiàn)的。合適的算法能夠分析出背景中聽得見的和聽不見的噪音,，然后再通過一種特定的算法產(chǎn)生信號(hào),，與原信號(hào)相位偏移或相反。這種相位反向的聲波放大到與原信號(hào)振幅成比例后相疊加,，產(chǎn)生相消干涉,。這樣就有效地減小了背景噪音。

降噪在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用
降噪揚(yáng)聲器可以與噪聲源放在一起,，減輕噪音,。這種情況下，它的音頻功率必須與噪聲源相同,?；蛘撸l(fā)射減噪信號(hào)的傳感器也可以安放在不希望出現(xiàn)噪聲的位置,。這就需要一種低功率的消音裝置,，但它能有效地為單一用戶減輕噪聲。減噪在其它位置上消除并不容易,，因?yàn)槿S的噪聲波前會(huì)與減噪信號(hào)發(fā)生干涉,，噪聲會(huì)在某些地方減輕，而在其它地方增強(qiáng),。在狹小的封閉的環(huán)境里（比如臥車上的小包廂）,，整體噪聲可以利用多個(gè)揚(yáng)聲器、反饋式麥克風(fēng)以及密閉空間中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)量,，達(dá)到消除的效果,。這個(gè)原理適用于一般的揚(yáng)聲器，也使用于耳機(jī)產(chǎn)品,。

因此較好的降噪設(shè)計(jì),，就是聲音播放設(shè)備配置一個(gè)麥克風(fēng)，用來捕獲周圍的聲音,，在分析之后進(jìn)行相應(yīng)的處理,。例如蘋果的iPhone手機(jī)就有一個(gè)通話降噪功能，可以通過機(jī)身上的麥克風(fēng)捕獲周圍的環(huán)境聲音,，通過處理后,，讓通話的對(duì)方聽不到你所在的環(huán)境位置和噪聲，這個(gè)聲學(xué)處理手法,，同樣適用于耳機(jī)產(chǎn)品,。其它的降噪技術(shù)還出現(xiàn)在小轎車、飛機(jī)等交通工具上,，研究的課題和實(shí)驗(yàn)相當(dāng)多,，我們?cè)谶@里就不展開敘述了。

對(duì)付無處不在的低頻噪音
“早晚有一天,，為了生存,，人類將不得不與噪聲進(jìn)行斗爭(zhēng)，就像對(duì)付霍亂和瘟疫那樣,?！敝Z貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)獲得者羅伯特﹒科赫上世紀(jì)做出的這一預(yù)言，現(xiàn)在已經(jīng)悄悄變成現(xiàn)實(shí),。在人類防治噪音污染的實(shí)踐中,，首先采用的是被動(dòng)降噪(也稱物理降噪)。物理降噪的技術(shù)特點(diǎn)是利用材料的各種特性,，對(duì)噪聲源采取隔離,、減震、阻尼等方式減弱噪聲,。優(yōu)點(diǎn)是可選材料眾多,，造價(jià)相對(duì)便宜，對(duì)高頻噪音效果顯著,；缺點(diǎn)是建筑體積巨大,，大量占用有效空間，對(duì)低頻噪音的處理效果不佳,。目前最主要應(yīng)用于噪聲源的處理,，比如高架橋、鐵路沿線,、鍋爐房,、空調(diào)房,、發(fā)動(dòng)機(jī)等的噪音隔離。應(yīng)用于個(gè)人防護(hù)效果一般,。

為了彌補(bǔ)物理降噪的缺陷,，上世紀(jì)三十年代德國科學(xué)家根據(jù)聲音作為一種波的特性，提出了主動(dòng)降噪原理,。原理認(rèn)為可以通過發(fā)射反向聲波來對(duì)沖原聲波并使之減弱甚至消失的方式來消除噪音,。此技術(shù)的特點(diǎn)是體積非常小巧，基本不占用有效空間,，降噪效率非常高,，特別是對(duì)于環(huán)境噪音中大量的、無處不在的低頻噪音（風(fēng)聲,、噪雜喧鬧聲,、飛機(jī)行駛噪音）效果特別好。原理雖然簡單,，可是設(shè)計(jì)卻非常復(fù)雜,，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。在原理提出后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),，沒有科學(xué)家能夠設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)方案,。

Bose與主動(dòng)降噪的故事
直到上世紀(jì)80年代末，才有BOSE的科學(xué)家第一次實(shí)踐了主動(dòng)降噪技術(shù),。相對(duì)于物理降噪,，主動(dòng)降噪技術(shù)擁有無可比擬的優(yōu)越性，但是由于高昂的成本,，并不能為大眾所接受,，一直以來主要應(yīng)用于航空，軍事等特殊領(lǐng)域,；本世紀(jì)初才開始應(yīng)用于耳端隔離噪音和聽音樂的民用耳機(jī)產(chǎn)品,。不過由于第一代主動(dòng)降噪技術(shù)應(yīng)用于民用產(chǎn)品存在兩大局限性：一是降噪幅度和寬度都有限，最大幅度只能達(dá)到約22dB,，降噪寬度只能達(dá)到1000Hz,，對(duì)于生活噪音中超過1000Hz以上的噪音沒有效果；二是降噪與音質(zhì)是對(duì)矛盾,，有降噪就不能有好的音質(zhì),；再加上昂貴的價(jià)格，普通用戶較難接受,。

80年代末至今,，全球不少科學(xué)家仍在研究主動(dòng)降噪技術(shù)，期望進(jìn)一步提高降噪能力,，降低成本,，提升音質(zhì),，可是至今沒有任何突破性進(jìn)展。甚至連BOSE的第一代技術(shù)都還沒有超越,。噪音處理這個(gè)世界難題,，一直期待著科學(xué)家更進(jìn)一步的研究。降噪耳機(jī)給我?guī)淼暮锰帲阂?、有效降低周圍噪音，使音樂更清晰,；避免在噪音中增加音量傷害聽力,。二、隔離噪音,，避免噪音帶來聽力傷害（乘坐飛機(jī)地鐵時(shí),、喧鬧的街道）。

各種降噪耳機(jī)的差距能有多大,？
雖然大家都打著降噪耳機(jī)的名號(hào),，但是實(shí)際上關(guān)于降噪的能力不同品牌還是存在著差距，而且這個(gè)差距可以很大,。目前公認(rèn)消費(fèi)級(jí)降噪耳機(jī)最好的是Bose的產(chǎn)品,，其次是一些具有深厚聲學(xué)研發(fā)能力的品牌例如鐵三角等，最后的則是一些直接購買降噪方案使用的產(chǎn)品,。無論耳機(jī)和入耳式耳機(jī),，BOSE的降噪能力和其它幾個(gè)品牌的差距可以說是都高到不知哪里去了，但最好的降噪性能未必意味著最適合你,。如果你常帶著降噪耳機(jī)乘搭公共交通上下班,，那么BOSE的部分耳機(jī)反而會(huì)有點(diǎn)麻煩——在開關(guān)門以及顛簸的時(shí)候，耳機(jī)很容易發(fā)出爆音,，這一點(diǎn)在BOSE的QC20i以及索尼的MDR-1RNC的評(píng)測(cè)中都有出現(xiàn)過,。

降噪耳機(jī)，頭戴和入耳式耳機(jī)選誰好,？
目前頭戴的降噪耳機(jī)種類更多,，可以有試聽的也更多。而就筆者使用的情況來看,，總結(jié)了幾個(gè)選擇條件：如果你需要經(jīng)常搭乘長距離航班的話,，那么高端的入耳式耳機(jī)型的降噪耳機(jī)例如BOSE的QC20，則是你的不二之選,。因?yàn)榇髦^戴式耳機(jī)在狹窄的飛機(jī)倉位上睡覺,，時(shí)間非常痛苦的試聽，而入耳式耳機(jī)式則會(huì)好很多,，但是入耳式耳機(jī)并不太適用于日常通勤使用,，因?yàn)榇蠖鄶?shù)入耳式耳機(jī)線上會(huì)帶有一個(gè)碩大的電池盒,，非常影響使用體驗(yàn)。而如果你是短途的旅行較多的話,，那么頭戴式其實(shí)也不差,。如果你還是嫌有根線連著太煩的話，目前市面上也已經(jīng)有一些藍(lán)牙無線耳機(jī)是帶有降噪功能了,，例如飛利浦的9850NC,、汪峰的FIIL Wireless以及創(chuàng)新的Aurova Live！等等,，這種產(chǎn)品也可以說是填補(bǔ)了目前競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手BOSE的產(chǎn)品線空缺,。

總結(jié)：
有得必有失，過分的降噪效果,，可能會(huì)讓使用者聽不到危險(xiǎn)的警告從而帶來危險(xiǎn),。所以大家在街上行走時(shí)，請(qǐng)不要使用降噪耳機(jī),，以保證自己的道路行走安全,。由于主動(dòng)降噪都需要電池供電，電池的壽命也影響著主動(dòng)降噪的續(xù)航,，長期打開也對(duì)聲音品質(zhì)有影響,，因?yàn)榻翟爰夹g(shù)能抵消的噪聲有限，僅限于某些低頻段的穩(wěn)態(tài)噪聲,。如地鐵,、公交車等這些場(chǎng)景，但當(dāng)你進(jìn)入一個(gè)相對(duì)安靜的環(huán)境中,，還在使用降噪功能,，那么聲音的品質(zhì)的高保真程度必定會(huì)下降。

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