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嘉峪檢測網 2025-03-19 08:52
NTT Corporation（總部：東京都千代田區;董事會成員兼總裁：Akira Shimada;以下簡稱“NTT”）為不遮住耳朵的開放式耳機開發了 ANC 技術，從而減少了耳朵附近的環境噪音。作為開放式耳機的實用降噪技術，我們新開發了耳機本體的麥克風和揚聲器設計和軟件處理，以實現寬帶噪聲抑制。借助這項技術，您可以通過降低噪音來清晰地聽到開耳式耳機的播放聲音，同時自然地感受周圍的聲音。此外，預計聲學 XR 技術的用例也將擴大，該技術將通過耳機聽到的虛擬聲音與耳朵直接聽到的真實聲音相結合。
背景
NTT 建立了 PSZ（Personalized Sound Zone）技術，這是終極的私人聲音空間，其中“想要的聲音”只能由自己聽到，而不會泄露給他人，并且可以減少“不需要的聲音”。NTT 一直致力于開發開放式耳機的設計技術，實現只有用戶才能聽到的播放，而不會堵塞耳朵。這些開放式耳機讓用戶可以自然地聆聽周圍的環境，并防止聲音泄漏，因此可以在公共場所、辦公室和其他共享空間使用。此外，它可以長時間佩戴而不會使耳朵疲勞。針對這些功能，我們提出了一種聲學XR技術，該技術將從開耳式耳機聽到的虛擬聲音與直接通過耳朵聽到的真實聲音相結合，并正在進行研發和演示測試。
傳統的開耳式耳機只能將聲音降低到 1,000 Hz 以下，即使它們具有降噪功能。因此，無法將人耳最敏感的 3,000 Hz 左右的聲音降低，并且在周圍噪音較高時必須提高音量，因此存在聽力損失的風險。為了解決這個問題，我們開發了一種主動噪聲控制 ANC 技術，可以降低開耳式耳機中 1,000 Hz 以上的噪聲。
技術挑戰
耳機使用兩種降噪方法：主動噪聲控制 （ANC） 和被動噪聲控制 （PNC）。ANC 使用耳機內置的參考麥克風收集噪聲，并使用誤差麥克風來確定耳中的噪聲是否已消除。ANC 生成噪聲的反相位信號，并從耳機播放該信號以抵消噪聲。它可以降低低頻，尤其是低于 1,000 Hz 的低頻。另一方面，PNC 通過用耳機本身的物理結構擋住耳朵來阻擋噪音。它可以降低噪音，尤其是在 1,000 Hz 以上的高頻下。配備 ANC 的封閉式耳機已經被廣泛使用，通過結合 ANC 和 PNC 實現有效的降噪。
然而，開放式耳機沒有遮擋耳朵的結構，因此高頻噪音會按原樣到達您的耳朵。此外，由于人類的聽覺特性在 3,000 Hz 左右時很敏感，因此要有效降低開放式耳機的可聞噪聲，必須使用 ANC 技術將 1,000 Hz 以上的高頻靜音。
圖 1 封閉式耳機和開耳式耳機的 ANC 比較
技術要點
為了使用 ANC 技術將噪聲降低到 1,000 Hz 以上，ANC 系統必須對參考麥克風捕獲的噪聲進行處理，直到反相噪聲以非常低的延遲（以亞毫秒為單位）到達誤差麥克風的位置。對于耳機，由于參考麥克風、誤差麥克風和用于播放消除聲音的揚聲器內置在耳機本身中，因此它們之間的距離約為幾厘米。因此，ANC 系統必須非常快，因此 ANC 系統的延遲必須盡可能低。因此，我們開發了一種技術來減少兩個延遲因素：
（1） 聲學延遲
（2） 機械延遲
（1） 聲學延遲是聲源和目標位置之間的時間差。聲音以每秒約 340 米的速度在空氣中傳播，這比光信號或電信號慢得多。因此，我們建立了一種新的設計，其中參考麥克風的位置更靠近噪聲源，以及耳機揚聲器單元更靠近誤差麥克風，以減少聲學延遲。
（2） 機械延遲是指當設備或耳機內部的機械部件移動時發生的延遲。例如，耳機中揚聲器單元的振膜在接收電信號和產生聲音之間需要一段物理時間。每個頻段的延遲會有所不同，具體取決于揚聲器單元的設計。在這項技術中，通過新的硬件設計和軟件處理減少了每個頻段的機械延遲。在硬件設計中，對揚聲器的位置和特性進行了新的設計，在軟件處理上，進行了低延遲、低計算的濾波器設計。通過將這項技術與防止聲音泄漏的開放式耳機的設計技術相結合，消除聲音不會泄漏到周圍環境，并且用戶周圍的噪音會增加。
這項技術可減少聲學和機械延遲，從而在開耳式耳機中實現世界上第一個寬帶 ANC。我們使用飛機噪聲評估了這項技術，發現它將噪聲降低到 3,000 Hz 左右。具體來說，在 1 - 3 kHz 時可實現最高高 13.7 dB 和平均 7.8 dB的主動降噪。
圖 2 ANC 中的聲學和機械延遲
圖 3 使用此技術設計的開放式耳機原型
圖 4 使用該技術的 ANC 靜噪對策性能的評估
展望
為了將來將采用該技術的開耳式耳機商業化，我們將研究在擁擠的街道和移動性等實際環境中的應用。此外，我們將通過將這項技術與 Acoustic XR 技術相結合來創造新的使用場景，該技術將通過耳機聽到的虛擬聲音與耳朵直接聽到的真實聲音相結合，并通過 NTT Group 開發新的音頻體驗，例如沉浸式娛樂和音頻指南。
來源：NTT
