高性能数字ANC主动降噪方案

发布时间:2021-09-30    来源:亚博网站信誉有保障的 nbsp;   浏览:11000次
本文摘要:随着社会变革、城市化较慢发展,我们的生活环境也在渐渐变得复杂,所认识到的噪音污染也更加大了。

随着社会变革、城市化较慢发展,我们的生活环境也在渐渐变得复杂,所认识到的噪音污染也更加大了。虽然我们用于的耳机产品更加高档,但在室外用于普通耳机耳塞不能通过提升音量来垫过噪声,这样就不可避免地对我们的听力导致一定的受损。针对这个问题,用于减震耳机是较为好的自由选择,可以让消费者在飞机、火车、地铁等噪音较为大的环境中,较好地维护听力,同时也能安静地享用音乐带给的体验。ANC主动减震基本原理是通过RefMic(referencemicrophone)收集环境噪音噪声,通过减震系统电路产生减震MIC接管的外界环境噪音大于的反坚信号,将噪声抵销(如图1右图)。

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ANC主动减震耳机的益处在于低频噪声的掌控效果显著,减低噪音对人体身体健康的影响。一般情况下,ANC主动减震的有效地频率在50Hz—2KHz之间。对于多达2KHz的噪音,减震耳机可以通过耳机的结构设计与材料的自由选择,融合被动减震的方法、耳机入耳式结构设计与耳帽使用隔音材料等,也可以起着很好的减震效果。

主动减震只需专心于避免低频噪音,与被动减震相辅相成。ANC主动减震耳机目前有仿真和数字两种主流方案,但在大规模生产时,仿真减震方案必须调整外围的RC阻容器件作为滤波器对系统端的参数,而RC器件的精度造成最后耳机的减震能力差异很大,且不良率很高。对于这个问题,技术型许可分销商Excelpoint世健公司的技术支持部副经理JackYao向我们讲解了ADI数字主动减震方案。

他回应,面临消费级ANC耳机面对一致性、功耗、音质三重挑战,该方案都可以悉数解决问题。如图2右图ADAU1777框架结构图,ADAU1777具备较慢高精度(高达768kHz)取样处置路径,5μsanalog-to-analog延后,确保了DSP处置滤波器速度和精度;4个ADC仿真输出,可配备为麦克风或线路输出;同时,两路数字麦克风输出可作为选通输出。

基于以上性能,ADAU1777已在国内外各大耳机ODM厂商都有成熟期产品的应用于和量产。Jack还向我们讲解了ADI公布了新一代DSP产品ADAU1787。这款产品针对主动减震耳机的应用于又做到了更进一步的性能优化和提高。

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如图3右图ADAU1787框架图,ADAU1787具备独有的双核设计,FastDSP核做到主动减震滤波器处置,同时SigmaDSP核做到EQ后处理,对减震处置后损失的音乐中低频部分做到补偿。因为混合(hybrid)主动减震解决方案必须四个主动减震麦克风:其中两个用作前馈电路,两个用作对系统电路,再行再加linein地下通道最少必须6个输出地下通道,ADAU1787获取4路ADC输出模块和4路数字麦克风输出,且这些输出口是分段输出,所以ADAU1787可以构建单芯片应用于混合(hybrid)减震耳机。同时,ADAU1787还能获取2.3*2.8mm的更加小BGAPCB,在1.8V供电功耗仅约为6-7mW,可以应用于在功耗和芯片体积拒绝更加苛刻的TWS耳机。

主动减震(ANC)耳机设计和调试如何设计一款高性能主动减震(ANC)耳机呢?Jack更进一步讲解了主动减震(ANC)耳机设计和调试步骤。首先必须展开的是Matlab建模模型搭起,如图4是ANC系统框架:一共三层,用虚线隔开:最上面一层primarypath就是指RefMic到ErrorMic的声学地下通道,响应函数用P(Z)来回应;中间一层是仿真地下通道,其中secondarypath是adaptivefilter输入到回到残差的通路,还包括DAC、reconstructionfilter、poweramplifier、speaker播出、再行收集、pre-amplifier、anti-aliasingfilter、ADC;最下面一层是数字通路,其中adaptivefilter大大调整滤波器权系数来缩减残差,直到发散。最常用的方案是用FIR滤波器融合LMS算法来构建自适应滤波器。

修改图4,可以获得图5。这里adaptivefilter输入后经过S(z)和desireoutput较为后,可能会引发instability。一种有效地的方法是FXLMS(Filtered-XLMS),也竟然x(n)经过S?(z)S^(z)再输入给LMS模块,使adaptivefilter可以长时间发散。

也就是说,自适应滤波器的权系数是由耳机的primarypath和secondarypath要求的。耳机的primarypath和secondarypath比较平稳,所以adaptivefilter的权系数也比较平稳。

用变步长LMS的adaptivefilter,得建模结果如图6,在0到2KHz范围内(图6)。接着第二步,就必须一些设备对耳机的声学特性做到检测,可搭配的音频设备有AudioPrecision、Soundcheck等。人耳仿真装置也是最重要的一部分,如来自HeadAcoustics、GRAS的IEC711。人耳仿真装置可在量测耳机特性时,用作仿真人耳号召。

这些人工耳构建了高度准确的麦克风,能测量到人戴着耳机时现实听见的声音。另外还必须一个扬声器,用作测量耳机的被动波动特性。耳机腔体声学指标的测试是ANC滤波器建模设计十分最重要的环节。最后,必须在ADISigmastudio图形化工具对Matlab建模系数做到适当滤波器参数的代入和调整(图7),而这部分调试必须和耳机声学曲线测试做到重复检验。

总的来说,ANC减震耳机市场潜力相当大,而使用数字芯片来构建ANC减震处置的耳机是未来发展方向,但从研发到量产这条路上还有很多挑战,还包括了研发阶段的ID设计、传递函数测量、ANC滤波器建模和调试,量产阶段的来料检验掌控、成品产线自动增益调整系统等。目前,世健与有经验的IDH因应反对客户,可以延长客户产品的研发周期。如图8是IDH用ADAU1787在一款头戴式ANC耳机测试曲线。

深达减震-40DB,在50-2khz平均值-30DB以上减震深度。栏中:文中关于Matlab建模模型算法参照:KuoSM,MorganD.ActiveNoiseControlSystems:AlgorithmsandDSPImplementations[M].JohnWiley&Sons,Inc.1996.关于世健——亚太区领先的元器件许可代理商世健是原始解决方案的供应商,为亚洲电子厂商还包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)获取优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。

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世健与供应商及电子厂商密切协作,为新的科技与趋势做出定位,并协助客户把这些最先进设备的科技糅合于他们的产品当中。集团分别在新加坡、中国及越南另设研发中心,专业的研发团队大大建构新的解决方案,协助客户提升成本效益并延长产品上市时间。世健研发的原始解决方案及参照设计可应用于工业、无线通信及消费电子等领域。

世健是新加坡的主板上市公司,总部另设于新加坡,享有大约750名员工,业务范围已拓展至亚太区40多个城市和地区,遍布新加坡、马来西亚、泰国、越南、中国、印度、印度尼西亚、菲律宾及澳大利亚等十多个国家。世健集团在2019年的年营业额多达9亿7千万美元。世健于1993年开始发展中国业务,中国区总部另设于香港,并享有11个分公司及办事处、研发中心及物流中心,业务遍布中国多个城市和地区。


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