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主动降噪AS3501、AS3502方案,增强便携产品播放音质

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发表于 2015-11-26 08:41:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
便携式媒体播放器给人们带来随时随地的娱乐体验,但在嘈杂的环境中收听却是一件让人头疼的事,而目前许多降噪耳机不菲的价格又让许多用户望而却步。针对这一问题,奥地利微电子公司(Austria Microsystems)近日发布了其高性能音频系列的两款IC产品AS3501和AS3502,有助于接收端有源降噪解决方案的设计,从而实现优异的系统性能、低功耗和低成本。

前馈与反馈式降噪技术
  通常的降噪技术一般有两种方式,一种是前馈式(Feed-Forward),一种是反馈式(Feedback)。前馈式降噪一般在耳机上有一个朝向外面的麦克风,用于接收环境噪音,然后把环境噪音倒向180度叠加到喇叭上,就可以把穿透进来的环境噪音消除掉。另外一种反馈式主要用于较大的头戴式的耳机,麦克风是在耳机内部。麦克风很接近于耳机内部的喇叭,因此采样的对象是耳机内部接收到的环境噪音,然后再通过反馈的方式叠加消除。奥地利微电子推出的两款产品中,AS3501针对于前馈式,AS3502针对于反馈式;目前市场上所有的耳机都是应用这两种模式,我们都可以支持。这两款器件均可独立工作,独立工作模式适用于配件设计。同时也均可用于集成在音乐播放器和其他便携式多媒体设备中。高集成度的设计与同类解决方案相比电路板面积可至少削减约50%。优化的系统结构具有优异的功耗表现,显著延长用户电池使用时间。AS350x系列芯片主要针对便携式的户外应用,因为家庭环境相对比较安静,户外的嘈杂环境更需要降噪技术的支持,如机场、地铁等。


数学模型的建立
  为了消除噪音,需要首先对噪音建立数学模型,才能在整体音频信号中将其消除。目前所应用的降噪技术不是一个简单的倒向技术。因为麦克风不可能100%地还原噪音,因此中间就会有一些内部的计算方法,通过滤波器来实现计算,并且补偿麦克风和喇叭的失真,然后达到更好的效果。
  同时对于主动降噪技术,行业中有个普遍的做法,就是主动降噪芯片只针对低频部分,而不对高频进行处理。因为高频部分是通过耳机的本身的声学设计来消除的,机壳就可以消除掉大部分高频噪音。同时在降噪的过程中,所有的降噪方案都不能100%消除所有的噪音,甚至有时由于频率设置的问题,降噪结果会让人听觉感到很不舒服。因此,他们的芯片可以为用户提供最高降噪频率设置的接口。例如用户如果设定3.5KHz为上限,那么3.5KHz以下的噪音将被消除,而以上的部分将交给被动降噪,即通过机壳和其他机体的机械构造来消除。噪音建模是一个比较困难的环节。在建模时,首先要准确地针对麦克风的采样进行放大,他们采用了一个非常好的麦克风放大器,其可以调整的幅度非常细,即每个增益的调整是非常准确和细致的;第二,他们在内部采用了非常低功耗的运算放大器,配合外部的电阻、电容等元器件组成的滤波器,就可以准确地还原和补偿用户喇叭以及耳机腔体造成的一些失真。

模拟式方案减少延时
  降噪算法理论上虽然可以通过DSP等软件方式来进行,但由于音频降噪属于实时性较强的应用,因此消除时延所需的强大CPU又增加了整体成本。
  由于实时性的要求,目前通过软件没有太好的办法来实现主动降噪。环境噪音输入后,要能同步通过软件计算并反向,同时还要补偿喇叭和麦克风的失真,然后再叠加进去,这个过程一般都会有一个时差,而且很难补偿。如果使用软件的做法,就需要非常非常强的CPU或者DSP来做这些动作,也就会增加很多成本。
  用模拟的方式来做就很容易控制延时,相对来讲会快很多。用户完成所有参数设置以后会烧录到芯片内部,后期的所有操作就可以完全脱离CPU的干预,通过纯模拟的方式实现能带来许多好处:低功耗、极高的声音品质和高集成度。AS3501/02在1.5V电源驱动16Ω扬声器时,单端模式下功率高达34mW,桥接条件下的功率超过100mW。两个器件在实现有源降噪功能的同时仍能保证出色的音质,确保信噪比(SNR)>100dB,总谐波失真(THD)<0.1%。现有的有源降噪解决方案在激活时大多会出现人工噪声,而AS3501和AS3502可以很好地解决这个问题,极具竞争优势。

自动校准去除人为因素
  传统的耳机生产方式,需要两个可调电位器,并要工程师手动调整,然后通过仪器测量来得到一个最准确的值之后才能生产。这种方式首先非常浪费时间,第二是结果完全受操作员的心情影响,而不能保证一致性。AS350x系列实现了完全不需要人工干预的自动校准。
  校准是对很多生产耳机的客户比较困扰的地方。我们的做法是通过一些简单的仪器和制具,实现完全的自动校准,避免掉一些人为因素的影响,这也是非常收到我们客户赞赏的地方。即为客户提供一套自动的校准方法,而不需要太多的外围仪器,用其现有的技术和设备,加上一个简单的控制器和软件,就可以实现自动校准。

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发表于 2015-11-26 13:12:52 | 显示全部楼层
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发表于 2015-12-17 16:05:38 | 显示全部楼层
拜倒在楼主的石榴裙下,崇拜啊!
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发表于 2016-2-28 14:44:41 | 显示全部楼层
能不能把这一技术应用在汽车降噪中呢?
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发表于 2016-2-28 14:46:12 | 显示全部楼层
能不能把这一技术应用在汽车降噪中呢?
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