近年來,降噪耳機(jī)已經(jīng)走入了許多人的生活當(dāng)中;但優(yōu)化用戶體驗(yàn)的問題一直都需要新的思考。
具體來說,我們平時(shí)所用的降噪耳機(jī)按照原理主要分為兩種:一種是被動降噪(Passive Noise-Cancelling)耳機(jī),另一種是主動降噪(Active Noise-Cancelling )耳機(jī)。
被動降噪耳機(jī),即通過耳機(jī)上的隔音材料或者是特殊的結(jié)構(gòu)盡量隔絕噪聲,主要是入耳式耳塞和全罩耳式耳機(jī),長期佩戴的話會使得耳朵脹疼,過大的聲壓甚至還會對聽力造成影響。
主動降噪耳機(jī),即在耳機(jī)中設(shè)置了專門的降噪電路。一般通過音頻接收器(如微型麥克風(fēng))和抗噪聲輸出芯片,通過接收、分析外界噪聲的頻率并產(chǎn)生與其相反的頻率,相互減弱或抵消,從而達(dá)到屏蔽噪聲的目的。
但事實(shí)上,無論是哪一種降噪耳機(jī),用戶的佩戴時(shí)間過長都會影響使用體驗(yàn),尤其是在需要降噪的環(huán)境中睡覺時(shí)。
長期以來,悉尼科技大學(xué)音頻、聲學(xué)和振動中心的研究人員一直都在研究新型虛擬噪聲消除系統(tǒng),該系統(tǒng)可以將主動降噪的部件從個(gè)人音頻設(shè)備轉(zhuǎn)移到椅子的頭枕上。
主動降噪技術(shù)的起源可追溯到 20 世紀(jì) 30 年代。當(dāng)時(shí),美國授予了第一項(xiàng)相關(guān)的專利,該專利可以通過反轉(zhuǎn)聲音的極性并播放這些聲音來消除不需要的噪音。1989 年,主動降噪耳機(jī)的第一個(gè)工作原型由航空工業(yè)發(fā)布。1991 年,主動降噪技術(shù)被用于封閉空間內(nèi)的噪音控制,被搭載上了日產(chǎn)藍(lán)鳥的硬頂車型。
盡管主動降噪技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有了近一百年的時(shí)間積累,但不同于主動降噪耳機(jī),主動降噪頭枕的噪聲消除系統(tǒng)多年來幾乎沒有進(jìn)展。
參與研究的肖童(音)透露了一些原因。
現(xiàn)有的主動降噪頭枕所使用的麥克風(fēng)被放置在用戶頭部周圍的位置,以采樣用戶能夠聽到的聲音。這些設(shè)備最適合處理高達(dá) 1 kHz 的低頻噪聲。然而,耳機(jī)的耳罩和隔音材料所帶來的被動降噪效果,可以有效減少高頻噪音,包括 4-6 kHz 的人類的聲音。這正是主動降噪頭枕所缺乏的。
為了解決這一問題,研究團(tuán)隊(duì)需要搭建一個(gè)同時(shí)處理高頻噪音和低頻噪音的主動降噪系統(tǒng)。
因此,他們基于激光多普勒振動儀(LDV)設(shè)計(jì)了一個(gè)遠(yuǎn)程聲學(xué)傳感系統(tǒng),該系統(tǒng)可以測量大范圍內(nèi)的非接觸式振動。在測試中,他們在耳朵里放置了一層珠寶大小的反射膜,作為 LDV 的拾音器。
據(jù)肖童透露,測試成功了,系統(tǒng)能夠有效消除 6kHz 的噪聲,衰減效果到 10-20 分貝。
研究人員在三種有典型的噪聲環(huán)境中測試了這個(gè)系統(tǒng)——乘坐飛機(jī)時(shí)、飛機(jī)從頭頂飛過時(shí),人們說話時(shí)。肖童表示,他們的系統(tǒng)性能接近一副主動降噪耳機(jī),具有寬頻率響應(yīng),但不需要笨重的耳機(jī)或其他設(shè)備。他說道:
我們稱之為「主動降噪虛擬耳機(jī)」。
左:兩個(gè)輔助揚(yáng)聲器放置在頭部和軀干模擬器(帽子)后面,用于聲音控制。如圖所示,多個(gè)主擴(kuò)音器被任意放置,以模擬來自不同方向的噪音。激光多普勒測振儀(LDV)發(fā)出的探測激光束對準(zhǔn)耳膜。
右圖:一層反射膜被放置在靠近帽子左合成耳道的耳道處。LDV 可遠(yuǎn)程測量膜表面的振動頻率,從而為主動降噪控制器發(fā)送信號。
這些「虛擬耳機(jī)」一直模擬器設(shè)備上演示,以記錄測量結(jié)果。不過,目前也已經(jīng)有人類受試者進(jìn)行了初步測試。肖童說道:
這樣的配置簡單又有效,目前最大的限制就是成本高昂。因?yàn)橄到y(tǒng)所需的 LDV 是一種精密的科學(xué)儀器,價(jià)格并不便宜。
當(dāng)然,該系統(tǒng)還有其他方面有待解決,比如反射膜放置在人耳中哪個(gè)位置更合適;更高水平的主動降噪效果如何實(shí)現(xiàn)等。
責(zé)任編輯:haq
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