降噪耳機是指通過物理或者電子手段達到消除噪音的目的的一種耳機。
二十世紀八九十年代博士 ( Bosc)推出了首款降噪耳機，降噪耳機的設計初衷是為飛行員所準備的,降低飛機發動機噪音有利于信息便捷準確的傳達,甚至對于他們的休息是有很大的好處的。具備降噪功能的耳機，在耳機內部設有一個小巧的拾音器檢測外界傳來的低頻噪音，再傳輸至音頻信號處理電路。其后,信號處理電路會產生一個相位與其相反的低頻信號傳輸給揚聲器，揚聲器發出相反的聲音，從而抵消外界的噪音。降噪耳機可分為被動式降噪和主動式降噪兩種。主動降噪耳機用電子設備對周圍的噪音進行收集和處理，由于整個降噪過程是一個運算的過程,對耳機的音質是肯定會發生影響的。被動降噪耳機的工作原理與主動降噪利用咪頭、電子濾波器、喇叭產生反相信號和外界噪聲相互抵消不同,被動降噪是利用耳機結構體阻隔聲傳播,進而減小到達人耳的噪聲。
降噪耳機發展迅速，截止2021年，中國降噪耳機生產廠家已有300家左右，2019年中國國內降噪耳機產值達到將近214億，同比增長了73.58%，占到了耳機行業總產值的30.9%。
發展歷程
降噪耳機并非為民用設計,而是用于特種行業的,為常年工作在巨大噪聲環境下的人們而設計。降噪耳機是一種通過內置的算法來達到消除外界噪音的耳機,跟普通耳機來說本質上無異,只是功能上略有差別。
相關研究
傳統的有源降噪耳機控制器的設計可追溯到1953年Olson和May 提出的電子吸聲器”以及1986年 Wheeler對駕駛室內有源降噪性能的研究。他們都基于傳統的頻域補償方法設計控制器。1997年,Bai 和 Lee提出了將控制理論應用到模擬有源控制器的設計上。通過選用合適的權函數,穩健控制方法可在傳遞函數不確定的情況下依然有最優的控制效果和穩定性。2001年,Yu和Hu直接將實驗數據用于有源降噪耳機的設計。
2002年,Cartes 等提出一種自適應的歸一化最小均方算法來優化有源降噪耳機的穩定性和性能。這種設計方法的降噪性能和系統的穩定性都很好,但算法基于李亞普洛夫穩定性原理,復雜而難于應用。2007年,Bai 和Lin做了結合有源噪聲控制技術和3D音效來提高耳機音質的研究。
2007年,趙劍等研究了固定反饋控制器和自適應濾波器相結合的復合型有源降噪耳機。固定系數的濾波器除了能降低寬帶噪聲,還減少次級通道的不確定性,使自適應算法穩定收斂。2010年,肖生等將虛擬傳聲器方法應用于有源降噪耳機中,提高了耳道口的窄帶噪聲降噪量。通過引入固定反饋控制盒設計刺激通道的方法,解決了算法在耳機佩戴方式變化時不穩定的問題。
產品發展
博士 ( Bosc)公司由美國工程學教授Amar G. Bose于 1964年創立）自20世紀80年代起就一直處于降噪耳機技術的領先地位，1978年其創建人Amar Bose博士在飛往歐洲的飛機上，發現飛機引擎的噪聲影響了他聽音樂。此后大概10年，博士 ( Bosc)推出了首款主動降噪耳機，這種耳機采用主動噪聲控制，不同于一般耳機的被動隔聲。
1979年，索尼推出的Walkman隨身聽把耳機從室內帶到了戶外。這是全球第一款便攜式隨身聽設備，耳機從家用產品變成了個人便攜式產品。它解除了人們聽音樂的場景限制。其后二十年，Walkman成為移動場景播放設備的統治者。戴上耳機意味著時尚，意味著可以在任何地方建立不受打擾的私人空間。
1989年，博士 ( Bosc)推出全頻噪音消除技術的耳機產品,主要對象為飛行員和地勤人員，特點是既保護聽力,又能夠提供更好的音質。采用博士 ( Bosc)專利的主動降噪技術和TriPort聲學結構，可在消除低頻的同時,通過TriPort技術補償低音效果，其設計充電電池模式，必須有電才可以啟動。
日本鐵三角(Audio Technica)公司于在2007年推出了首款主動式降噪耳機ATH-ANC7，采用名為‘QuictPoint”的有源反向降噪技術，在高噪音的環境內提供一個舒適的聆聽空間。方法是在耳機兩邊的耳罩上分別設有一個微型拾音器,接收到環境噪音后,通過內部的對沖電路來降低噪聲，同時也可以不使用電池，選擇無源模式當一般耳機使用。
工作原理
主動降噪的工作原理
主動降噪耳機,由于具有最先進的電子設備對周圍的噪音進行收集和處理,所以降噪效果明顯好于被動降噪耳機。不過,由于整個降噪過程是一個運算的過程,對耳機的音質是肯定會發生影響的,這是因為主動降噪耳機必須有電源供給,就算是有部分產品可以脫離電源獨立使用,那么音質有可能變得更加糟糕。
被動降噪耳機的工作原理
與主動降噪利用咪頭、電子濾波器、喇叭產生反相信號和外界噪聲相互抵消不同,被動降噪是利用耳機結構體阻隔聲傳播,進而減小到達人耳的噪聲。受限于延時等物理因素制約,目前在耳機上使用的主動降噪技術主要衰減低頻噪聲,起作用的頻段一般在1 kHz以下,更高頻的噪聲需要依賴耳機的被動降噪進行衰減。配合主動降噪,合理設計耳機的被動降噪特性,可以使耳機對不同頻段的噪聲都能起到較好的抑制作用,從而更好地保護處于各種各樣噪聲環境下的人們的聽力。
分類
降噪耳機可分為被動式降噪和主動式降噪兩種。
主動式降噪耳機
除使用隔音材料,耳機內部還設有音頻處理電路，可對部分低頻信號進行消減,因此降噪效果比被動式降噪耳機要好。不過,此類耳機通常需用電池才能啟動主動降噪功能。
Bose QuietComfort 30；繼qc20之后最新一代qc30，降噪上的提升更加人性化，安全，擁有三檔自適應調節降噪，在日常的辦公室場景下，行人馬路，地鐵等戶外環境常生的噪音都能絕大部分被消除，同時搭載著雙麥克風的消噪系統，絕大部分地方都可以保證通話清晰。聲音素質的話，各頻均勻但不突出，面對雜食性用戶無疑是很好的選擇，在發燒圈內不算好但也不差。
dyplay ANC 30 主動降噪藍牙耳機：ANC 30屬于典型的藍牙脖頸式耳機，所以在設計上也符合脖頸式耳機的主流樣式。主要采用前饋式降噪，降噪效果確實能夠減輕周圍的噪音干擾，在聆聽音樂的時候會更加沉浸。尤其推薦在班車上、地鐵和公交上開啟降噪功能，耳機在音質表現上，三頻均衡，低音柔/中音準/高音穩。聲音呈現高質量和高解析力。
華為FreeBuds 4；業界首款采用雙麥克風混合降噪技術的半入耳式耳機。在降噪算法上，華為FreeBuds 4無線耳機在業界首次實現了在半入耳耳機中搭載了人耳自適應降噪（AEM）技術——用戶在開啟降噪時，耳機會自動檢測使用者的耳型與佩戴條件，并從超過10種的降噪參數中，匹配最適合的降噪參數，這相當于為用戶的耳朵定制一款專屬降噪參數。
被動式降噪耳機
主要通過隔音材料阻擋噪音，對高頻率聲音非常有效,一般可降低噪音水平大約15~20dB。但缺點是由于使用了高密度隔音材料，耳機的重量較重且佩戴不舒服。
飛利浦SHE1405BK：線控式遙控器，8.6毫米制聲學驅動器，可從推放列表切換到通話橢圓聲管。采用被動式噪音隔離效果。
漫步者NB2藍牙耳機：采用的是全新Hybrid復合數字降噪系統。rack Air+并不區分特定的主副耳機，任意一只都可以作為主耳機。
降噪耳機特點
被動降噪技術對高頻信號隔絕效果很好，對中低頻噪聲降噪效果不好，而我們生活中的噪聲大多是中低頻段，因此被動降噪效果非常有限。目前降噪效果好的耳機一般都是混合型降噪，即同時利用主動降噪技術和被動降噪技術。被動降噪技術，主要是通過包圍耳朵形成封閉空間來隔絕外界環境，或者采用硅膠耳塞等隔音材料來阻擋外界噪聲。這種隔音效果完全是采用物理結構實現的，造價一般較為低廉。被動式降噪一般可使噪聲降低大約為15～20 分貝。主動降噪不只是使用隔聲材料，而是先通過內置的麥克風收集外界的噪聲，再通過處理器分析，產生反相的聲波抵消噪聲，因此降噪效果比被動式耳機好。
無論是主動降噪還是被動降噪，兩種耳機均不是十全十美的，都有其缺點。被動降噪耳機，是通過耳機上的隔聲材料或是特殊的結構，盡量隔絕噪聲，典型產品有入耳式耳塞和全罩耳式耳機，這類產品由于過于嚴密的設計，長期佩戴會使耳朵脹疼，過大的聲壓甚至還會對聽力造成影響。主動降噪耳機也存在缺點，比如需要使用電池供電;有些降噪耳機在低頻噪聲下會出現過載現象;應對快速變換的噪聲可能失效(無法做出快速有效的噪聲消除)；引起另一種形式的“絲絲”聲，使用環境有局限性(比如在馬路上使用），有可能忽視了危險行駛的。
相關消息
2021年7月12日，中國中央電視臺消息，國家市場監督管理總局專門針對主動降噪耳機進行了風險監測，監測中五成的降噪耳機降噪量不足，不僅無法有效保護聽力，反而存在一定的聽力損傷風險。
參考資料 >
降噪耳機真能降噪嗎？這份“專家測評”給你答案.今日頭條.2023-12-20
耳機：“聽”出現代人對生活的態度.百家號.2023-12-20
那些專業降噪耳機品牌推薦.今日頭條.2023-12-20
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飛利浦SHE1405BK被動降噪耳機.飛利浦官網.2023-12-23
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