【本报讯】随着TWS蓝牙耳机在过去几年中以指数级的增长速度迅速崛起，主动降噪（ANC）技术开始被人们所关注，应用范围也日益广泛，从耳机等单点降噪，向汽车、家居等空间降噪领域扩展。比如近日特斯拉就在其新款Model S和Model X中加载了主动降低道路噪音的功能。不过，主动降噪技术特别是三维空间降噪，在实际应用当中仍然存在不少挑战，如克服路噪、风噪等干扰，改善消费体验，提升市场接受度，将是未来重要的发展方向。
单点加空间 应用领域逐步扩张
随着生活质量的改善，人们对外部宁静环境的需求越来越高。在国际卫生组织发布的一份世界听力报告中，听力损伤目前正影响着全球15亿人，其中4.3亿人有轻/中/重度的听力损伤。未来30年，该数字有可能增加1.5倍以上。
这是加装主动降噪功能的TWS蓝牙耳机受到青睐的重要原因之一。具备主动降噪技术的音响设备可以帮助人们避免遭受外界的干扰，改进听觉享受，同时也能降低噪音对听力的损害。根据IDC的数据，2021年TWS无线耳机的出货量将达到3.5亿副，同比增长50%左右，主动式降噪功能成为2021年的主流规格。预计2024年TWS无线耳机的市场规模将达到401.3亿美元。
主动降噪技术并不仅仅局限在耳机中使用，目前已开始向汽车、家居等新领域扩展。特斯拉就在其新款Model S和Model X中，加载了主动降低道路噪音的功能。Molex莫仕汽车解决方案业务部门副总裁兼总经理凯莉安·皮卡德表示：“随着快速向电气化车辆过渡，降低道路噪音将变得至关重要。”涵盖火车、飞机等公共交通领域，以及重型机械等非公路应用，对于降噪技术亦有兴趣。就汽车降噪这一市场来看，汽车行驶过程中的噪音来源主要可以分为发动引擎噪音、胎噪、路噪、风噪、空调噪声等几个主类。繁杂的道路噪音、风噪和汽车暖通空调噪声，以及低频声音，将干扰驾驶，增加驾驶员的负担。采用主动降噪技术可以避免安装昂贵且笨重的吸音材料，具有巨大的市场空间。
此外，主动降噪技术还被应用于室内。伴随对居住要求不断提高，针对窗外及家用电器运转噪声源，人们开始使用主动降噪控制室内噪声，改善声音环境。安声科技CEO刘益帆表示，家电领域市场盘子足够大、用户基数高、行业门槛相对较低，通过让消费者在购买家电产品的同时也能购买到新的降噪体验，是一个值得探索的方向。在家电领域，90%以上的噪音都来源于风与机械振动的噪音，可针对性地进行降噪产品开发。
不过，到目前为止，市场上空间降噪的应用仍然相对有限，主要落地比较成熟的也只是在汽车上，而且还主要是聚焦于汽车引擎层面，实际应用还需进一步的探索。
底噪或风噪 现实干扰依然频出
中科院声学研究所资料显示，主动降噪的原理是通过发出与噪声相位相反，频率、振幅相同的声波与噪声干涉实现相位抵消。也就是说，相对于传统的通过阻隔吸声的方式实现降噪，主动降噪可以利用麦克风侦听噪声声波，然后经过处理发出反向声波，使二者在传播过程中相互干涉抵消，进而将噪音中和。
这一技术原理在1933年被德国物理学家Paul Lueg提出。1989年，具备相关功能的产品首次被专业音响品牌BOSE量产，第一批用户是飞行员、机场地勤等长时间暴露在噪声环境中的人员。2000年，主动降噪逐渐进入民用市场。
就目前的情况来看，虽然相关应用市场的规模越来越大，但由于消费者的要求越来越高，主动降噪技术所面对的挑战也在增多。根据ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源的介绍，当前影响主动降噪实现的干扰项有很多，包括底噪、风噪、冲击爆破声、负压感，以及个人使用习惯、产品量产效率等。
底噪可以理解为整个系统的综合噪声。底噪来源于声学器件的本底噪声，如芯片本身的电噪声、蓝牙发射的干扰、有线和无线器件的耦合，再加上降噪调试过程中有时会把噪声效果突出放大。这些情况如果处理不好，都有可能造成底噪问题。当消费者在一个相对安静的场景中打开主动降噪功能，有可能出现器件产生的噪声比环境噪声还大，降噪变成了增噪。
风噪也是一种常见且不易解决的问题。当用户在户外打开主动降噪功能时，由于有风刮进来，系统就会进行一定的处理。这些处理产生的噪声有可能会被放大，反而变得更加刺耳。在户外，风噪是很常见的场景，解决不好会很大程度影响用户体验。
主动降噪技术在空间降噪的实际应用中，效果有时也不理想。有报道反映，Model S在崎岖道路行驶中开启主动降噪功能，车厢内的环境噪音会有所降低，但效果并不是很明显。
Molex莫仕业务发展工程师Kurt Dekoski指出，基于车辆设计存在许多挑战，每个车辆都具有不同的声学性能，因此，降噪系统必需具备充足的适应性，针对个别车辆的声学变化进行校准。
传感与编解码 芯片发挥重要作用
从主动降噪的产业链观察，最底层当属负责信号输入输出的传感器，由它进行环境噪音的监测；第二层是信号处理芯片，分析噪音曲线，进行音频的编解码；再往上则是语义理解、智能交互的企业；最上层还有智能设备、数据运用等相关企业。在这个链条上，集成电路技术发挥着重要作用。
Kurt Dekoski就表示：“在推动ANC技术继续发展方面，芯片技术发挥着举足轻重的作用。”比如基于加速度计设计的道路降噪（RNC）传感器，可以安装在汽车底盘上，用于环境噪音的监测，以获得更加准确有效的数据，帮助消除有害的道路噪音、风噪和汽车暖通空调噪声及低频声音。“减少电子设备延迟的技术进步，一直是其中关键。考虑到轮胎声音到达驾驶员耳朵需要0.009 秒时间，因此，能够将数据从车轮附近的传感器传输到处理模块，计算消除信号并在车厢内广播是至关重要的。”
在谈到如何解决底噪问题时，何源表示：“我们需要从最底层、最根本的地方解决底噪问题，在模拟技术方面，要采用优秀的数模-模数（ADC-DAC）器件，以降低噪声。在数字技术方面，采用灵活的指令集，调整优化音频路径，从数字端降低噪声。”一款优质的ANC设备甚至要从系统级做起，在布板布线的时候就要考虑避免器件间的相互干扰。
风噪问题也可以通过硬解码的方式解决，比如加装硬件级别的检测模块，当感知到麦克风受到外部风的冲击时，立即开始进行动态的检测和调整，避免噪声的出现。这种实现方式是硬件级别的，实时性与低功耗都可以得到保证。
总之，更优质的听觉体验开始受到人们越来越高的关注，整个市场前景值得期待。但是，整个产业特别是空间降噪仍处于起步阶段，实际应用中出现的一系列干扰问题需要从业者一点一滴解决。（记者 陈炳欣）
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