你真的了解耳机降噪技术吗？

刚出生的婴儿听觉范围最高可到20KHz，而随着年龄增长，听力平均以每年200Hz的速度衰退，20岁时候听觉范围降低到8KHz，这种衰退是不可逆的。

根据世卫组织2020年3月3日爱耳日的报告显示，除了先天环境影响之外，受环境噪音以及不科学合理地用耳程度增加，目前全球已有15亿人面临听力障碍。
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如此多的证据表明，我们是时候重视耳朵健康了。实际上越来越多的耳机厂商正在将ANC（主动降噪）功能作为其卖点，面对如今五花八门的耳机，如何选择一款最棒的ANC耳机呢？日前ADI中国产品事业部高级市场应用经理何源，从ADI定义ANC芯片的角度，介绍了ANC技术，以及ADI如何为缓解听觉障碍所做的努力。

在何源看来，ANC技术不光可以用在听音乐、打电话、开会、地铁降噪等场景中，更重要的是，在包括助听器、工厂或机场等高噪音环境中的人耳保护等更多场景中，ANC都将具有更深远的意义。

从ANC的发明谈起

最早ANC降噪技术是由Paul Lueg在1936年提出的美国专利，应用在管道的噪音消除。当时的专利图如下：

1955年开始，业界就有了对于ANC耳机的研究。1989年，Bose博士因为受不了飞机的噪音，因此开发出了第一款真正意义上的ANC耳机，随后ANC主要从专业的航空、军事领域开始向发烧级头戴式耳机过度。

高大上的航空级降噪耳机

但是从2000年ANC进入民用市场之后相当长的一段时间，ANC技术并没有普及，重要原因是因为价格高昂。2014年，BOSE发布了QuietComfort 20，极高的性价比使市场开始接受ANC技术。而近年来，随着TWS耳机热销，2019年Apple AirPods Pro添增了ANC功能之后，ANC从头戴式耳机向TWS市场快速演进，进一步走进了大众视野。

QuietComfort 20

ANC幕后英雄

降噪根据原理不同可以分为主动降噪与被动降噪，被动降噪是简单的通过物理手段隔绝声音的传播，比如耳塞或者是头戴式耳罩——时至今日依然可以从机场地勤工作人员上可以看到。物理隔绝受制于声音频率特性，只能隔绝1kHz以上的频率，1kHz以下的频率仍然可以通过耳罩或者人体传递至鼓膜。

主动降噪技术则是利用了声波机械波的特性，由系统主动产生一个与噪音相反的信号，二者相抵消，从而消除噪音。而主动降噪又可以根据电路不同分为模拟降噪技术和数字降噪技术。

其中模拟降噪技术是通过运放，阻容等电路搭出来的，具有延迟低，成本低等特性，而数字降噪技术则是通过ADC采样，DSP数字滤波，DAC输出的数字技术对噪音进行处理，具有小尺寸、易校准、高品质、支持丰富的算法等多种特性，并且由于内置校准功能，无需像模拟电路一样生产后还需要校准，因此降低了整个产品生产过程中成本。而随着处理速度加快，数字ANC的延迟也越来越低，相比蓝牙的总延迟而言，几乎可忽略不计。

而根据采集麦克风的位置不同，又可划分为前馈、后馈以及混合ANC三种方式。

如图所示，前馈网络是一个开环网络，没有反馈但是降噪深度不够，大概只能支持到1x dB左右的降噪。而后馈网络支持降噪后的声音监测，因此可以再做一次噪声抑制，大概可以做到30dB以上的降噪，但是频段短。而混合式则同时选择两个麦克风采样，因此可以同时满足频段宽、深度大的特点，但是设计难度较大，成本较高。

比如宝华韦健（B&W）的降噪耳机，就采用了混合式ANC的技术，使其具有最出色的ANC功能。

为什么要选择ADI？

从Hi-Fi玩家对于各类器材的纠结就可以看出，声音调教是最经典也是最难的模拟-数字域技术。

作为沟通模拟和数字域的桥梁，从放大器到DSP音频处理，ADI都是世界上最负盛名的半导体公司之一。也正是如此，BOSE才选择了ADI作为其ANC的主要合作伙伴。

上个世纪90年代，ADI fellow、美国工程院院士Bob Adam发明和开发了全球第一片单片Σ-Δ音频ADC，使得Bose面向普通消费者的降噪耳机QuietComfort成为可能。进入21世纪，ADI fellow Khiem Nguyen发明和推动了低延时、低功耗音频编解码器信号链的产生，使得Bose工程师们在降噪耳机QuietComfort的基础上推出小型化降噪耳机QC20。

后来的索尼也看重了这一市场，选择ADI作为合作伙伴与BOSE竞争。后来BOSE意识到这一点，也要求ADI不再提供软件给索尼，索尼才不得不逐步进行自研发的QN1作为替代路线。

从这些历史演进来看，可以说无论是模拟还是数字ANC市场，ADI都可以称之为当之无愧的先驱。

ANC开发难么？

如何源列出的部分ANC的工程设计挑战，我们就可以看到一个好的ANC设计，需要涉及方方面面的知识，随便一个就是我的知识盲区，更不用说将这些难点一下解决。

何源举例道，比如入耳式耳机所带来的负压感，环境变化时产生的爆破音，包括声学器件、芯片及无线干扰所带来的本底噪声、风噪的影响、量产的品控等等都是足以影响用户体验的挑战。

何源表示，尽管作为工程学来说，妥协是一门艺术，但是ADI力求的是尽可能解决每个问题，始终坚持创新，从而使用户的体验日趋完美。

根据ADI给出的路线图，透露出了几个信息，一个是目前随着ANC技术的不断演进，用户需求不断改变，ADI正在加速产品的快速演进。其次，则是随着国产耳机厂商的崛起，ADI中国开始承担起更多的开发重任，推出更快、更强的产品设计、开发和支持工作，满足市场需求。第三，则是通过贴近市场端，可以更直接倾听客户的需求，从定义阶段就力求最合适。

根据ADI的官方信息显示，除了BOSE，B&W，亚马逊等国际知名厂商之外，包括华为、万魔、小鸟等都选择了ADI的ANC方案。

尤其是ADI中国推出的ADAU1787，被宝华韦健作为其ANC的核心技术。ADI公司欧洲销售团队大客户经理Matt Windmill表示：“ADAU1787芯片首次设计出来后，宝华韦健便进行了深入研究，并向ADI提供反馈。我们采纳了几项建议，改进了该芯片的设计。”在迭代开发和审核后，宝华韦健不仅获取了关于硬件设计的宝贵见解，还了解了这样设计的原因，以及他们如何利用芯片的功能来提供定制软件和标志性声音。

ADAU1850与ADAU1860

ADAU1787是ADI中国团队开发的目前最顶级的ANC芯片，而从售价和封装上，我们可以大概可以看出最新的第四代ANC产品ADAU1850与ADAU1860的差异化，其中ADAU1850更专注于重视性价比的TWS应用，而ADAU1860则是有更好的音质调制。

一直以来，ADI都希望为客户更全面的介绍产品，以便其掌握并充分利用这些特性。正如ADI医疗健康和消费电子系统产品应用工程师经理Rajeev Morajkar此前表示：“宝华韦健对ADI ADAU1787芯片的原始设计和目标规格产生了巨大影响。我们为他们提供了该项技术的详细信息，所以他们能够更好地了解芯片的内部结构，并推出更好的产品。”

也正因此，ADI除了与客户直接沟通交流之外，在官网、b站、微信、线下研讨会以及行业媒体等多渠道，都先后多次介绍了ADI的产品特性。何源日前也详细介绍了这两款新品的重要特性。

首先我们来看ADAU1860

ADAU1860框图

ADAU1860最显著的更新，就是选择了Tensilica（Cadence）的HiFi-3Z DSP取代了SigmaDSP，ADI内置的两颗DSP，其中FastDSP是主做ANC，SimgaDSP负责EQ补偿，音效处理等，更新至HiFi-3Z则具有更高的处理性能。并且有336 kB内存，以及支持多种频率工作，更具灵活性。

如Cadence官网所介绍，Hifi 3z拥有最高的能效比，并且具有神经网络，因此除了ANC之外，包括空间音场、通话降噪和自适应逻辑等均能够实现，甚至有可能支持语音操作等。

根据特定应用，ADI进行了部分裁剪以及部分增加，比如相比1787减少了DAC和ADC通道数，使得功耗更低，并且3路已经足够支持噪音采集等工作。同时对包括PDM以及TDM数字麦克风的支持。

再看一下ADAU1850

ADAU1850框图

从售价及命名规则上，我们都可以看到，ADAU1850是一款目前最为精简的ANC，主要是取消了SigmaDSP，但是内部还是有均衡器，动态范围和精度依然可以实现高水平的表现。

两款产品的综合 SNR（信号通过具有 A 加权滤波器的 DAC 和耳机）为110 dB，比起上一代产品也有进步。而在延迟方面，依然是保持5μS的低延迟特性，功耗也一贯保持了mW级别的功耗。

何源特别强调了在解决用户实际痛点时的例子。比如针对底噪问题，ADI采用了优秀的ADC和DAC IP，同时灵活的FastDSP指令集，可以支持用户进行音频链路的优化，并且在实际生产过程中，ADI也可以通过自己及方案商给予布板布线的指导。

而对于风噪，同样是基于灵活的硬件指令集，无需软件即可实现动态的检测和调整。
而针对半入耳式对于姿态的识别，ADI也有一系列的解决方案。

此外，ADI的ANC还具有多bank参数以及软切换的设计，无论是ANC模式切换还是开关或调节音量时，都可以做到无级变速，实现平滑的输出曲线，并且无需MCU参与。

何源还介绍了ADI“Go Beyond Silicon（超越芯片）”的策略，即除了芯片和评估板之外，ADI可为供应商提供诸多的增值服务，包括各种自适应降噪，模式调节，音乐补偿，空间音频方案等，并联合上下游伙伴共同打造ANC的产业链，“甚至是24小时全天候的服务”何源说道。

“音频工程师不需要懂编码和电路设计，拿到东西就可以自己搭建模块去做调试。”何源表示。而为了降低音频开发者的门槛，除了专业的SigmaStudio音频设计软件之外，ADI还提供了专门针对ANC滤波设计的工具。

ADI为目前这代ANC芯片起了一个很好听的名字——Lark（百灵鸟）。希望凭借产品及技术的不断更迭，通过更多高性价比的产品，可以让ANC这项技术真正实现“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”，从而让消费者有更极致，更安静的声音体验。