Active Noise Cancelling-主动噪声消除

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于 2020-07-22 15:32:55 发布 · 6k 阅读

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#主动降噪 #ANC

本文深入探讨了主动降噪(ANC)技术的原理及其在耳机中的应用，包括ANC的算法基础、耳机结构，并介绍了如何专业评测ANC耳机。同时，文章还提到了基于传统信号处理和AI算法的音频降噪方案。

ABSTRACT

我们生活中充斥着各种噪声，而随着科技的进步，各种音频降噪技术也不断涌现。主动降噪（Active Noise Cancelling）技术属于降噪技术的其中一种，其基本原理是通过播放“反波（Anti-Signal）”在声学环境中来抵消噪声。主动降噪已经被广泛应用到了耳机中，各种“主动降噪耳机”也应接不暇。本篇文章，我们会详细介绍什么是主动降噪，主动降噪背后的原理是什么，并从“AirPods开发者”的角度介绍怎样专业地评测一款主动降噪耳机。

I. Introduction

在我们日常的生活当中，充斥着各种噪声。Fig.1列举了六种生活中比较常见的噪声。在这些噪声中，飞机噪声、空调/风扇噪声，机器噪声相对比较平稳，没有明显的波动，此类噪声我们称之为Stationary Noise [1] (Goodman, N. R., 1961)。而餐厅噪声、交通噪声和施工噪声通常是Non-Stationary Noise [2] (Rangachari, 2006)。在Non-Stationary Noise中，比较具有代表性的要数餐厅里的噪音Babble Noise，著名的Cocktail Party Effect [3] (Arons, 1992) 就是基于Babble Noise的。Babble Noise是指多个说话者的交谈声组成的背景噪声，此类噪声不仅仅是非平稳的，而且和我们所需语音的成分相似，导致在进行语音增强Speech Enhancement（语音为所需信号时的噪声抑制）时难度增大。

针对不同类型的噪声，各种不同的降噪算法也相继出现。降噪算法可分为传统信号处理算法 (Conventional Signal Processing Algorithm)，以及基于机器学习的算法(Learning-based Algorithm)。Fig.2中展示了部分基于传统信号处理算法的分类，主动降噪(Active Noise Cancelling)是其中的一种。

II. ACTIVE NOISE CANCELLING-ANC

主动降噪Active Noise Cancelling (ANC) 其实早在1936年就被Paul Lueg 提出 [4]。一直到1986年，由美国音频硬件制造商Bose Corporation生产出了第一款ANC 耳机 [5] (Tokhi, 2002)，并配备给了飞行员完成首飞。从那时候起，各种ANC耳机便如雨后春笋一般不断涌现。