ANC原理及应用(郑勇)（PPT课件）

北京百瑞互联技术有限公司BarrotTechnologyLimited硬件部:郑勇课题题目：ANC原理及应用1>ANC技术的现状2>ANC原理及特性3>ANC耳机在结构设计注意事项4>ANC的MIC和喇叭选型5>ANC在耳机中的应用6>ANC滤波器的设计7>ANC调试及其仿真8>ANC技术的发展前景9> 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf BarrotfocusesonBluetoothWi-Ficommunicationtechnologytoreachtheworld'sleadinglevel课题内容1.0ANC技术的现状ANC：有源噪声消除技术（activenoisecancellation，ANC）。消除或者降低噪声通常采用三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪和在人耳处降噪；但是这几种方式都是被动的，实际使用过程中往往呈现出低频降噪效果差等缺点。为了主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术，也就是主动降噪技术。1989年美国Bose公司第一个生产出了有源降噪的产品，专为飞行员设计的主动降噪耳机。经过多年发展，国外主动降噪耳机的研制和生产比较成熟，生产厂家也比较多，包括Bose、Sennheiser，日本的索尼、铁三角等。近几年国内ANC技术开发兴起，出现了一批如华为，FILL，小米等品牌降噪耳机。与此同时掌握该项技术的不断申请降噪专利技术，主动降噪产品的技术保护和专利壁垒将会越来越多。所以对普通 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 公司和生产厂家来说，如果想在ANC领域占据一席之地，必须加大研发力度，进行技术积累，申请自己的ANC技术专利。1.1ANC技术的现状目前主动降噪技术已经在实际生产生活中得到应用；但是受制于成本、性能等各方面因素限制，其应用范畴还比较局限。常见的应用范围包括：主动降噪耳机、封闭空间有源噪声控制等。同时大家都知道，降噪市场巨大，虽然主动降噪技术应用在耳机已经有一定的技术突破和积累。但是从设计到生产还是会面临一大推问题，如对设计人员能力的要求，生产的组装，量产的良率不高等问题。其次，国内在汽车产业领域的ANC技术相对落后。还需要技术厂商加大在主动降噪技术领域的投入，加快商业化、产品化运作，推动国内主动降噪技术的发展与应用。以下从典型应用即主动降噪耳机出发，探究主动降噪技术的技术设计，并结合产业现状分析该技术未来的应用前景和发展趋势。2.0ANC原理及特性主动降噪是指采集环境噪音，并产生与噪音反相的信号用耳机等装置回放，用以抵消噪音的技术。通常，主动降噪技术与被动降噪技术(采用吸音或隔音材料来降低进入耳朵声音的强度)相结合，以产生最佳的降噪效果。典型的降噪系统由下列部份组成：●用以采集噪音的麦克风系统；●电子控制部份，用以处理声音信号，并生成降噪信号；●喇叭系统，用以产生降噪声音信号。2.1降噪原理简易 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计  主动降噪耳机从开始运作到人耳听到声音的过程，总共可分为几个步骤：首先，由安置于耳机内的微型麦克风采集耳朵能听到的环境中的噪声；接下来，将噪声信号传至降噪电路，降噪电路进行实时运算；在降噪电路处理完成后，产生的信号通过扬声器发生与噪声相位相反、频率振幅相同的声波来抵消噪声；最后，我们的耳朵就会感觉到噪声减弱甚至消失了。  简而言之，就是利用微型麦克风采集噪声，通过降噪电路将噪声相位反相180度，并产生对应的抗噪声相互抵消。一般来说，主动降噪耳机的效果是非常明显的。3.0ANC耳机在结构设计注意事项以入耳式耳机为例，通常设计工程师会遇到以下两个挑战：1、不同的耳机有不同的声学特性，这些特性会产生不同的衰减及延时。必须设计有效的滤波器用以补偿这些衰减与延时；2、不可避免的，在量产过程中每一个机械、电子及声学零件的特性会有一些偏差。每一个耳机在出厂前必须经过校准用以补偿由于各种元器件偏差造成的性能差异。下面以我调试的遇到的问题点以及解决办法做一个总结：1：腔体密封性不好，导致前腔和后腔没有完全隔开，如图1。2：泄音孔的容易被胶水覆盖封死，如图2。3：喇叭后面网布被焊穿，如图3。FF腔体组装易遇到的问题点图1（密封性不好）图2（后腔泄音孔胶水封住）图3喇叭后面网布被焊穿。3.1FF结构建议FF结构建议:1.麦克风与扬声器分离2.必要的泄漏孔3.较小的被动低频衰减4.麦克风需加上咪套且固定在麦克风腔上，以便于把共振移到高频去3.2FF腔体结构的频响1、被动衰减要求，如右图：要求：a.被动衰减应该满足曲线2；b.曲线3被动衰减过于强，腔体不适合做降噪耳机开发。3.2FF腔体SPK的频响1、SPK要求，如右图：要求：a.曲线1泄漏不足，不平衡的频率响应（声学网布过密或其他）；b.曲线2合理的泄漏与声学网布结合，平衡的频率响应，ANC开发的基础；c.曲线3低频严重不足，无声学网布或者网过于稀疏。4.0ANC的MIC选型麦克风选择建议：1、阻抗：1~2.5Kohm2、响应方向：全向3、工作电压：典型值2V4、信噪比：大于60dB5、灵敏度：典型值-36dB（MEMS-42dB）6、频率响应和相位响应必须非常平滑7、抗噪声与电磁干扰屏蔽4.0ANC的喇叭选型喇叭选择建议：1、阻抗：16-32ohm2、具备良好的低频响应特性3、20-20KHz平衡的频率响应基础4、低频响应越平滑越好5、不足的喇叭低频响应与声学泄漏相结合5.0ANC在耳机中的应用降噪耳机按照原理主要分为两种：一种是被动降噪耳机，另一种是主动降噪耳机。所谓被动降噪耳机，就是通过耳机上的隔音材料或者是特殊的结构，尽量隔绝噪声。 常见的入耳式耳塞和大耳罩设计的耳机，都可以划分为被动式降噪耳机。即便下面我们介绍的主动式降噪耳机，也都加入了被动降噪耳机的设计。主动降噪耳机，在被动降噪的基础上，另外在耳机中设置了专门的降噪电路。通过音频接收器(如微型麦克风)和降噪芯片，通过接收、分析外界噪声的频率、幅度、相位并驱动喇叭产生与其频率一致、幅度相等、相位相反的频率，相互减弱或抵消，从而达到屏蔽噪声的目的。5.1ANC在耳机中的应用---方案框架右图为头戴式蓝牙降噪耳机方案设计框架，目前百瑞已经熟练的掌握了该技术的开发设计。5.2ANC在耳机中的应用---ANC模块简介5.3ANC在耳机中的应用---模块实物图6.0ANC滤波器的设计前馈ANC系统:Z(w)传递函数主要处理采集噪音的幅度和相移Dff主要针对耳机机械响应进行延时处理前馈6.1ANC滤波器的设计DEMO板配置,如右图：1、保证充足的1.5~1.8V稳定直流电源2、USB调试转接板3、麦克风3.5mm接口及插针4、Speaker3.5mm接口及插针5、两个电键都拨至ON档6、10uF音频耦合电容，LINE增益0dB输入7、LINE3.5mm接口及插针6.2ANC滤波器的设计测量设备概述：1.音频测量屋2.音频分析仪（如APx）3.音频测量设备必须可以测量幅度响应和相位响应4.必备人工头或者声音耦合测量麦克风（仿真耳）5.麦克风前置增益放大器（为仿真耳供电）6.音频发生源（喇叭）7.开发板8.上位机调试软件9.USB调试盒6.3ANC滤波器的设计腔体数据测量前馈腔体数据测量原理其中：实际所需的滤波器传递函数为：A：需要的幅度响应满足：6.4ANC滤波器的设计前馈腔体数据测量步骤1.被动响应测量6.5ANC滤波器的设计前馈腔体数据测量步骤2.麦克风响应测量6.6ANC滤波器的设计前馈腔体数据测量步骤3.喇叭响应测量6.7ANC滤波器的设计Filter计算将测量的数据依次：1、被动响应2、麦克风响应3、喇叭响应，进行计算，然后得出filter参数6.7ANC滤波器的设计取L通道进行说明，降噪滤波器设计如右图：图示分别有高通滤波器，带阻滤波器，高架和低架滤波器。这些滤波器共同组成了降噪网络，通过调试这些参数，仿真出理想波形，然后进行实际焊接上开发板测试。6.8ANC滤波器的设计右图为仿真图，分别为频率响应和相位相应，在频率3K以下要尽量做到匹配，特别是相位，否则会调试不出ANC效果，更有甚者调试出的只是增加噪声。6.8ANC滤波器的设计右图为音质EQ调节电路:EQ电路的意义：开启ANC后，通过EQ电路，调试出满意的音质效果。调试方法：通过测试开启ANC前后的频响曲线，得出差异曲线，然后再对滤波器进行参数设计，最好的效果是匹配未开启ANC的频响曲线。实际调试往往以客户的听感为主。7.0ANC调试及其仿真降噪耳机调试复杂原因？因为我们所听到的声音不只一个频率，而是由很多种不同频率的声音混合而成，同时这些声音的频率和振幅还在不断的变化着。因此，在对噪声信号进行采集之后，必须在同一时间完成不同频率信号的解析和生成同步反相信号这个步骤。只有这样才能实现降低噪声，否则时间间隔过长就起不到降噪的作用了，甚至还会增大噪声。这是因为外界噪声的频率突然发生变化，但耳机解析噪声和生成同步反相信号的速度不够快，从而生成的信号没有在反相时及时与噪声信号叠加抵消，而是在同向时发生了叠加，使噪声信号不仅没有被消减，反而加强了。可见，主动降噪耳机的关键是降噪电路的实时处理能力，而高端主动降噪耳机的优势也在于此。7.1仿真总结仿真总结：1、如果增益完全匹配，只有相移偏离度小于10Deg的情况下降噪效果才能达到20dB。G(ω)Simmulation=G(ω)Target|Ф(ω)Simmulation-Ф(ω)Target|<10Deg2、如果相移完全匹配，只有增益偏离度小于3dB的情况下降噪效果才能达到20dB。Ф(ω)Simmulation=Ф(ω)Target|G(ω)Simmulation-G(ω)Target|<3dB3、在高频部分由于相位很难匹配，所以增益应保持足够小。8.0ANC技术的发展前景---耳机应用主动降噪耳机的分类：主动降噪耳机按照控制电路分类可以分为模拟式和数字式，按照控制结构分类可以分为前馈式、反馈式和复合式。前馈式：前馈式主动降噪耳机使用前馈式有源噪声控制系统，该系统又称开环式噪声控制系统。优点是传声器接收的是纯噪声，并不接收喇叭发出的声音，所以系统是一个开环，不会引起任何的闭环振荡和啸叫，因此可以独立地调试电路，使降噪的效果达到最佳。但噪声经过扬声器并在扬声器内多次反射，其大小和相位已发生变化，传声器采集到的噪声与扬声器内的噪声将有很大的不同，且外部噪声的方向性很强，难以使用同一电路满足来自不同方向的噪声的降噪要求，这些都是在前馈式有源降噪耳机的设计中需要克服的问题。反馈式：反馈式主动降噪耳机使用反馈式有源噪声控制系统，该系统又称闭环式噪声控制系统，反馈结构的有源噪声控制系统不需要预先得到声音信息，而是通过控制器调整误差信号，从而降低噪声。由于是反馈系统，当放大器的增益加大到一定程度时，系统将变得很不稳定，产生高频啸叫或低频振荡，为了维持控制系统的稳定，一般会要求控制器和误差传声的位置十分接近，这就限制了反馈式有源噪声控制系统的应用范围。这也是反馈式耳机比入耳式耳机难设计开发的原因。8.0ANC技术的发展前景---耳机应用复合式主动降噪耳机结合了前馈式、反馈式的结构，简易图如右图：次级声源发出的信号将由参考传声器和误差传声器共同决定。前馈式系统可以减弱参考传声器检测到的与初级噪声相关的噪声，反馈式系统则对窄带噪声十分有效，两者结合使用，可以增强有源噪声控制系统的灵活性，从而比使用单一结构获得更好的降噪效果，但缺点是系统实现复杂、成本也非常高。8.1ANC技术的发展前景---汽车应用汽车噪声水平是衡量汽车制造质量的重要标志之一。汽车噪声一般分为车外噪声和车内噪声；后者指车厢内的噪声，给驾驶员和乘客的感受最为直接，影响乘坐舒适性。图右所示为几种典型汽车噪声和分析模型的示意图。8.1ANC技术的发展前景---汽车应用中科院提供的某汽车噪声主动控制技术的方案示意图：5个扬声器即为车载娱乐系统的播放器同时作为车内噪声的消声器（发出相反声波）8.1ANC技术在高档汽车上的应用如右图所示的两幅图即为一种市面上常见的ANC降噪技术，当中车载的5个扬声器即为车载娱乐系统的播放器也同时作为车内噪声的消声器（发出相反声波），而车顶的噪声传感器（术语叫传声器）主要用于车内噪声的实时监控，不断进行算法（传递函数）的修正和对消声器的实时反馈等功能车顶的噪声传感器在技术层面上，ANC一般有ANC集成控制模块、车辆信息识别系统、车内环境监测系统、主动发生控制系统等基几项础系统组成。ANC控制模块当中的软件控制算法在这里头充当了核心地位，同时环境监测系统和主动发生控制系统这两个硬件的匹配也是最后ANC降噪成败的关键。在实际开发过程中，厂商需要考虑到各种不同的路况和使用环境，针对不同的场景来进行硬件、软件之间的匹配和调教。8.1ANC技术的发展前景---汽车应用9.0总结ANC技术作为重要的噪声消除手段，具有很多被动降噪无法媲美的优势，也决定了这项技术在噪声控制领域的光明前景。随着经济技术的发展，人民生活水平的提高，噪声污染将得到更多的重视，主动降噪技术将会获得更多应用。同时，对于汽车、火车乃至更为复杂的噪声背景，主动降噪技术仍然有很多待研究的课题和待提升的空间；另一方面高昂的成本仍然制约着这项技术的推广和应用，如何在更低的成本下实现更加契合使用场景的降噪效果将伴随着这项技术的发展全程。总之，随着技术的发展和市场的成熟，主动降噪技术的适用范围将越来越宽泛，性能将越来越优异，使用将越来越智能便捷，能耗将越来越低；也将会有更多的消费者能够以亲民的价格享受新技术带来的便利。同时伴随着智能终端的发展，主动降噪技术可能会迎来新的机遇和契机。致力于成为全球最值得信赖的短距离无线通信公司www.barrot.com.cn谢谢！放映结束感谢各位的批评指导！让我们共同进步