耳機應用:主動消噪技術
耳機應用、內部技術多元，綜觀目前各家廠牌主力推廣「主動抗噪耳機」。
圖一
【一、主動消噪技術(Active Noise Cancellation;ANC)】:
利用聲波基本特性「干涉效應」。假設目前有一個聲波，針對一個聲波擷取後做一個反向(向位180度)的效果，撥放後與原聲波型態產生破壞性的干涉，藉此有效針對某一特殊聲波達成有效消除的效果。
此技術約1933年被發現並提出，但約1980年代才開始被實際廣泛應用，如：軍方飛機元件…等。
近年主動消噪技術發展，常見利用一個或兩個麥克風進行主動消噪技術最佳化，演算法方面可分為反饋式(Feedback)、前饋式(Feedforward)、混合式(Hybrid)…等由於技術的存在，導致耳機價格上調至幾千甚至上萬元，為高單價耳機市場各家廠商所爭執的一塊技術應用。
圖二
【二、上圖以兩顆麥克風型態解釋】:
(一) 麥克風介紹
收集外部噪音,稱「reference麥克風」：在兩個主動消噪系統形態中扮演第一個麥克風,進行外部噪音收錄並送入主動消噪系統中處理進行外部噪音的第一部分破壞性干涉。
第二個麥克風,稱「error麥克風」：第一麥克風處理完後,剩餘聲音利用第二支麥克風進行錄製送回主動消噪系統中處理進行第二次的破壞性干涉藉此達到完全消噪。
(二)主動消噪流程
外部噪音(noise)進來後,第一麥克風(紅)收到後送入ANC系統,ANC系統處理後再透過耳機內部揚聲器將聲音播放到耳道或聲波傳播路徑中(藍箭頭表示) 完成第一部分破壞性干涉。不可能一次就能完成破壞性干涉,因此利用第二個麥克風在聲音要播出前端進行第二次收音,將第一次消除不完整的聲音再次紀錄進行第二次處理(綠)最後再播放到聲音傳遞路徑當中,盡量達到完全消噪的功能。
(三)主動消噪後效果
圖三
藍色曲線:配戴耳機前環境噪音
紅色曲線:配戴耳機後
綠色曲線:主動抗噪技術外部聲音隔離
由於耳塞(ear tips)材料及幾何設計可以有效將中高頻段聲音(波長較短)隔離。低頻段由於波長較長耳塞(ear tips)無法即時、有效隔離，因此就必須利用主動抗噪技術(Active Noise Cancellation;ANC)利用聲波的反向破壞性干涉的原理，進行低頻噪音的消除。
耳塞造成外部聲音的隔離稱為「被動噪音隔離(Passive noise)」；而低頻波長較長無法利用被動耳塞處理，則利用主動消噪方式處理。藉由主動、被動消噪技術將整個頻段外部噪音進行有效隔離。
【補充說明】:
微型揚聲器:直徑小於20mm以下(也就是振膜直徑)、厚度小於5mm以下這種產品稱為微型揚聲。
本系列文,預計四篇如下:
逢甲大學劉育成教授口述
助理：葉芷君編輯
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