設備綜述

同設計前饋式耳機一樣，反饋式耳機也需要特定的設備，其中最重要的就是能夠測量頻率響應和相位響應的音頻測量係統。

適合用來進行這些測量的音頻設備包括Audio Precision、Bruel&Kjaer及 Soundcheck等。搭配不同類型人工耳的人耳仿真器可用來模擬人耳的聲學響應。推薦采用Head Acoustics、Bruel&Kjaer或是 GRAS的產品。

常用於前饋入耳式產品的IEC711耦合器在這項應用中是不需要的。在反饋入耳式係統中
，麥克風的擺放會受到空間限製。所以，99%的反饋式耳機一般都是罩耳式（on-ear）或者包耳式（over-ear）設(she)計(ji)。當(dang)然(ran)，目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)還(hai)是(shi)有(you)反(fan)饋(kui)入(ru)耳(er)式(shi)設(she)計(ji)的(de)。除(chu)了(le)仿(fang)真(zhen)人(ren)耳(er)和(he)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)增(zeng)益(yi)和(he)相(xiang)位(wei)的(de)音(yin)頻(pin)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)之(zhi)外(wai)，其(qi)餘(yu)的(de)用(yong)於(yu)前(qian)饋(kui)式(shi)設(she)計(ji)的(de)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)包(bao)含(han)了(le)所(suo)有(you)開(kai)發(fa)反(fan)饋(kui)式(shi)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)耳(er)機(ji)的(de)需(xu)求(qiu)。為(wei)測(ce)定(ding)耳(er)機(ji)的(de)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)性(xing)能(neng)，還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)雙(shuang)向(xiang)式(shi)揚(yang)聲(sheng)器(qi)係(xi)統(tong)（最好是雙向同軸揚聲器）
，以便將主動降噪耳機暴露在噪音場中進行測試。
設計反饋式主動降噪耳機所需的最後一個要素是AS3435評估板（EVB）
，它包括了所有必要的連接器和前置放大器，滿足了耳機聲學特性量測時的需求。

如何量測反饋式耳機聲學特性?

除了襯墊（cushion）和(he)揚(yang)聲(sheng)器(qi)聲(sheng)腔(qiang)等(deng)機(ji)械(xie)組(zu)件(jian)之(zhi)外(wai)，每(mei)部(bu)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)耳(er)機(ji)還(hai)需(xu)要(yao)揚(yang)聲(sheng)器(qi)和(he)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)麥(mai)克(ke)風(feng)等(deng)電(dian)聲(sheng)組(zu)件(jian)。這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)集(ji)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，決(jue)定(ding)了(le)耳(er)機(ji)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)相(xiang)位(wei)響(xiang)應(ying)。不(bu)同(tong)的(de)耳(er)機(ji)會(hui)有(you)不(bu)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)相(xiang)位(wei)響(xiang)應(ying)

，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)正(zheng)確(que)的(de)特(te)性(xing)量(liang)測(ce)來(lai)實(shi)現(xian)各(ge)個(ge)耳(er)機(ji)主(zhu)動(dong)降(jiang)噪(zao)性(xing)能(neng)的(de)優(you)化(hua)，以(yi)達(da)到(dao)最(zui)大(da)的(de)帶(dai)寬(kuan)。

xiangjiaoyuqiankuishixitong，fankuishixitongdezhudongjiangzaotexingceliangshifeichangjiandande，suoxuyaodejiuzhishiliangceerjiyangshengqihezhudongjiangzaomaikefengzhijiandekaihuanhuilu。

測量裝置包括圖1所示的Audio DAQ（數據擷取）係統、人工頭及主動降噪耳機。數據獲取（Data Acquisition）係統的輸出連接至AS3435評估板的輸入，主動降噪耳機的揚聲器需連接至AS3435評估板的耳機放大器輸出

，同時，主動降噪麥克風連接至評估板的麥克風輸入。設計所需的麥克風偏壓（bias voltage）由評估板提供，因此麥克風連接無需額外的外部組件。
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最後一個重要且必需的連接

，是從評估板的QMICx引腳（麥克風前置放大器輸出）連接至DAQ係統的模擬音頻輸入。在測量開始前，AS3435評估板必須進行正確配置。評估板軟件的屏幕截圖如圖2所示。很重要的一點是
，要將麥克風前置放大器增益設定為0dB
，使其之後能匹配ams的濾波器計算模板。

另外，將耳機多路輸入設定到“未連接”位置也是必需的，有助於避免麥克風信號回饋至揚聲器。當然
，這是主動降噪運作期間所需的

，而非針對開環回路特性的測量。

當評估板得到正確配置後，DAQ係統就會產生一個從20kHz至20Hz的正弦掃頻信號。然後DAQ係統便會測量麥克風前置放大器輸出端的增益和相位響應。該測量包括所有反饋濾波器設計所需的相關信息。

主動降噪濾波器（ANC Filter）計算

反饋電路的主動降噪濾波器計算非常簡單，計算方式如下：


濾波器開發

下xia一yi個ge，可ke能neng也ye是shi開kai發fa環huan節jie中zhong最zui重zhong要yao的de步bu驟zhou
，就jiu是shi主zhu動dong降jiang噪zao濾lv波bo器qi的de開kai發fa。通tong過guo濾lv波bo器qi計ji算suan來lai了le解jie主zhu動dong降jiang噪zao耳er機ji的de特te性xing，意yi味wei著zhe這zhe些xie信xin息xi可ke以yi用yong在zai主zhu動dong降jiang噪zao濾lv波bo器qi的de開kai發fa上shang。降jiang噪zao耳er機ji的de聲sheng學xue特te性xing以yi及ji濾lv波bo器qi計ji算suan，可ke用yong於yuANC濾波器的開發。

市shi麵mian上shang有you許xu多duo反fan饋kui式shi主zhu動dong降jiang噪zao耳er機ji
，但dan是shi大da部bu分fen的de設she計ji都dou隻zhi是shi簡jian單dan地di反fan轉zhuan反fan饋kui信xin號hao，因yin而er主zhu動dong降jiang噪zao性xing能neng極ji低di。所suo以yi，重zhong要yao的de是shi把ba握wo濾lv波bo器qi開kai發fa過guo程cheng中zhong的de重zhong點dian，包bao括kuo了le解jie並bing懂dong得de係xi統tong的de限xian製zhi。有you經jing驗yan的de工gong程cheng師shi可ke以yi使shi用yongSpice仿真工具來設計主動降噪濾波器。這需要很多經驗
，尤其是在濾波器拓撲和濾波器計算方麵的經驗。圖3為主動降噪濾波器範例。

圖示為完整的主動降噪信號鏈，包含反向放大器和RC網絡，可以設計主動降噪濾波器的頻率和增益響應。為了讓工程師能夠更方便地設計濾波器
，ams開發了濾波器仿真工具，作為AS3435評估軟件的一部分。此仿真工具的屏幕截圖如圖4所示。
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該工具也使用spice仿真器，但配備了圖形用戶接口（GUI）

，使濾波器的開發變得容易很多，特別是對於那些“未經培訓”的設計工程師而言。它可以幫助設計工程師通過一組預定義的濾波器拓撲定義不同的增益和截止頻率。這個係統不像spicefangzhenqinameyoudanxing，rangyonghukeyidingyilvboqituopuyijidianzuhedianrongshuzhi


，dantashiyigehenhaodeqidian，jiangxiezhushejigongchengshigengjialejiezhudongjiangzaolvboqishejizhongkenenghuiyudaodekunnan。

如果增益過高，且仿真出來的濾波器與理論計算出來的理想濾波器之間的相位不匹配度太大（typ. 120°），則耳機會發生震蕩。AS3435濾波器仿真軟件具備穩定性檢查功能，能夠自動顯示理論計算出來的ANC濾波器與仿真出來的ANC濾波器之間的增益和相位的不匹配。

在相位不匹配度高的區域中，濾波器設計工程師必須確保增益盡可能低。震蕩一般發生在高頻，然而在1Hz附近發生也是有可能的。

濾波器驗證和主動降噪測試

當設計工程師發現某個濾波器在整個頻率範圍內都表現穩定時，那麼就可以導出此濾波器。該工具整合了物料清單(BOM)輸出功能
，物料清單中的阻容器件都是基於E24標準的常用料。另外，由於元件指示符與評估板完全匹配
，物料清單中的元器件可以直接被焊接到評估板上。

主zhu動dong降jiang噪zao性xing能neng測ce試shi包bao含han兩liang個ge步bu驟zhou
，且qie不bu再zai需xu要yao相xiang位wei測ce量liang。首shou先xian將jiang耳er機ji佩pei戴dai在zai人ren工gong頭tou上shang進jin行xing被bei動dong衰shuai減jian的de量liang測ce。步bu驟zhou二er與yu步bu驟zhou一yi類lei似si，但dan需xu要yao將jiangAS3435打開
，對其按照反饋應用進行配置
，並根據仿真結果設定麥克風前置放大器的增益。降噪性能可根據兩次測得的數據按照如下公式計算：


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