有一種噪音是由內部電路的接受器所引起的電子雜訊，是許多工程師一直以來所面臨的挑戰。但是還有另一種噪音為音頻噪音，會影響消費者的使用體驗，工程師則努力降低這種噪音的影響，因為其可能會影響使用耳機的人，也可能會影響開放區域，例如汽車或飛機的機艙。採用主動降噪（ANC）來消除這種噪音是一個不錯的方法，雖然從未完全消除噪音，但是卻大大降低了干擾，因此，有些人覺得Active Noise Reduction（ANR）比較符合實際情況，但Active noise cancellation（ANC）的說法比較多人使用，也許是因為行銷考量。
主動降噪的目標是什麼？
希望能夠以最小成本、重量和功耗，抵消這些令人煩惱或是會影響音樂進入耳朵的環境噪音。請注意，這與降低來源本身的噪音不同，且通常是不切實際或不可能的。因此，主動降噪的目的是減少聽到的噪音，這種抵消作用可以直接通過麥克風來實現。
什麼情況下需要主動降噪？
不論在吵雜的地方使用手機、坐在飛機上時常聽到引擎聲、使用喇叭打電話或是有引擎和道路噪音的汽車內，都可以藉由主動降噪來減少干擾。雖然引擎聲在目前的技術下已經大幅減少了運轉時產生的噪音，但還是有其極限。
除了主動降噪之外，有沒有被動降噪呢？
其實是有被動的降噪方法，但是無法達到良好的效果。其中，最著名的被動降噪是利用前後麥克風，接收更遠的外部噪聲，將撞擊聲的能量轉換為電子訊號。當然，這種被動降噪的方式很便宜，但因為許多原因卻不能很好地工作，例如正面和背面接收到不同的噪聲和強度，會產生很大的差異。
另一種被動的方法是藉由耳機緊密貼合在耳朵上，這樣可以減少干擾。實際上，在大多數主動降噪的設計都需要良好的被動設計，先阻擋部分的噪音，然後再透過主動降噪技術來減少更多的噪音。換句話說，不要指望主動降噪技術能夠在密封不良的耳機上能完全發揮。
什麼是主動降噪？
利用麥克風接受外部噪音，然後產生一個反轉的聲波（稱為抗噪）並將其添加到整個音頻信號中，如下圖所示，然後原始噪音和該抗噪聲將互相抵消。如果所需的訊號要發送到耳罩式耳機，則只需以電子方式將抗噪功能添加到輸入訊號中即可。實際上，1930年代就出現了早期的抗噪方法。
主動降噪技術真的這麼完美？
- 因為收音的麥克風與發聲的耳機不在同一位置，所以麥克風接收的訊號並不完全是轉換器在產生抗噪訊號所需要的，就算兩者位置只有些微差距也是如此。
- 如果主動降噪系統的訊號延遲超過幾毫秒，傳出的抗噪訊號是針對先前噪音的訊號，而不是立即產生的當前噪聲，將會使情況變得更糟。
- 如果主動降噪系統在耳機裡運作，則彎角信號（cornered signal）的路徑是相當直接、已知且相對固定的，因為其從電子設備一直進入耳機。 但是，如果主動降噪系統必須使用喇叭來產生抗噪功能，將會面臨平衡噪音和抗噪的音量、喇叭的位置以及抗噪訊後的路徑等問題，這是一種不太直接的環境，因此需要擴大器和喇叭來完成，如下圖 。此外，該區域中的任何移動（例如由於人員或設備引起的移動）都代表著聲音環境不是恆定的，因此抗噪過程復雜許多。因此，與耳機降噪相比，區域降噪的要求更為嚴格。
上述問題是否意味著主動降噪系統被市場炒作的太過完美？
也許幾年前就是這種情況，但是藉助當今的高速處理能力和改進的演算法，主動降噪技術會越來越出色，尤其是在入耳式設計的情況下。視有害的噪音頻率（通常為200 Hz至幾kHz）和類型來決定，可以將噪音降低30至40 分貝甚至更多。
主動降噪技術是否只是將麥克風訊號數位化，並添加到原始訊號，然後轉換回模擬信號以驅動聽筒的問題？
沒錯，但這僅是第一個步驟。實際上，主動降噪有三種技術：前饋消除、反饋消除和混合消除。這些技術都需要將麥克風訊號進行數位化處理，才能執行DSP演算法，如下圖所示。
如果在相位反轉之後直接播放需要消除的噪音訊號，由於聲音沿從麥克風到降噪電路、驅動單體再到空氣的路徑移動，相位反轉會發生延遲，因此在較高的頻率上會發生振盪。為了防止這種被稱為「呼嘯」的現象，需要要使用一個濾波電路來消除觸發振蕩的高頻。
什麼是前饋取消？
在前饋式主動降噪中，麥克風的位置在耳機的外部，以接受噪音訊號，將其反相，然後添加到音頻中以消除噪音。當然，這些都是數位化方式完成的。儘管聽起來很簡單，但事實並非如此，因為還必須考慮噪音傳播的路徑，並在正確的噪音從麥克風傳到耳膜之前產生抗噪音訊號。因此，如果將麥克風放在離耳朵較遠的地方將會花費更多的時間，但麥克風拾取的噪音可能會與實際到達耳朵的噪音有所不同。
什麼是反饋式主動降噪？
在這種方法中，麥克風位於耳機的內部，因此可以擷取到傳到用戶耳朵的聲音。然後，將耳朵中的聲音與音頻源進行比較，透過反饋算法會識別出噪音並產生抗噪音以將其消除。儘管這種方法很吸引人，但很難設計出一種適用於多種耳朵和噪音中的濾波器，讓反饋系統能有效的運作。
什麼是混和式主動降噪？
混和式主動降噪結合了前饋和反饋的優點，如下圖所示，具有前饋系統的外部麥克風以接收環境噪音，也有內部麥克風以擷取用戶在音樂播放之外聽到的聲音。使用正確的演算法和過濾，這種組合將非常有效。
使用混合方法時，如何提供有效的主動降噪系統？
首先是使用可調式動態濾波器，因為如果濾波器無法自動調節，那麼在很多情況下將無法有效發揮，尤其是在有人移動或不同噪音類型的時候，像是飛機機艙內、辦公室或戶外所面對的情況都不一樣。最新一代的主動降噪系統使用複雜、能自動調節的動態演算法，可以「動態」改變濾波器參數，以提供最佳性能。
其次，最先進的主動降噪系統使用多個麥克風。透過兩個、三個甚至四個麥克風，系統可以更全面地擷取並消除噪音，甚至可以處理附近有人走路和說話時的噪音。雖然動態、智慧型的主動降噪技術投入的成本較高，需要負擔較高的價格，但可以顯著提高性能，像是可以在有人移動的會議室打電話。
如果需要ANC，是否必須另外構建自己的系統？
答案是否定的，實際上，Cirrus Logic、Sony、Analog Devices、Texas Instruments、Maxim和ams等IC供應商皆提供了專為主動降噪耳機設計的超小型晶片，其中包括一些可以使用混合式主動降噪的。
主動降噪耳機適合那些人使用？
愛旅遊的人、飛行員、工廠工人和吵雜辦公室中的上班族都非常推薦使用。
汽車和飛機機艙等開放區域如何抗噪？
這是一個困難的問題，因為其所包含的物理環境比封閉的耳機所提供的未知數更多，且控制的因素更少。儘管如此，仍嘗試在某些汽車內使用喇叭，以產生可行的抗噪音場，以減少內部動力傳動系統和外部道路噪音。
這些常見問題的解答著眼於降噪功能的長期追求，該功能在將近100年前就已被提出，但當時沒有先進的技術可以實現。要不是有微型麥克風、數位音頻訊號和高速DSP算法的出現，降噪的夢想是不可能的，在與動態調整濾波器結合使用時，更能輕易達成。
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編輯日期：
(1) 最新更新日期：2020年03月18日
(2) 文章發表日期：2020年03月18日
參考來源：Analog IC Tips
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