当我们乘坐公交车、火车、飞机等交通工具的时候，是否常常遇到用耳机听歌或者通过耳机进行通话时，仍然会遭到周围环境的噪音的干扰？面对跑进耳朵里的恼人的噪音，我们除了用密封性更好的耳塞，或者将耳机音量放的更大，其实我们还可以主动出击，采用主动降噪技术，将噪声消除掉。

主动降噪技术其实由来已久，此前主要被应用于一些专业领域，比如航空领域、高端汽车、军用耳机、高端专业级头戴式耳机产品当中。不过，随着消费类耳机市场的快速发展，主动降噪技术也开始被应用于消费类耳机市场。

而随着无线音频传输技术的成熟，特别是随着苹果AirPods的大获成功，真无线蓝牙（TWS）耳机市场彻底爆发。众多消费类耳机品牌厂商、数码品牌厂商、手机品牌厂商也纷纷*入这个市场，再加上上游的TWS芯片厂商的推动，TWS耳机体验快速提升，但是同质化现象也越来越严重，价格也是持续快速走低。

而为了进一步提升产品的体验和竞争力，去年索尼率先在其推出的新款TWS耳机当中加入了主动降噪功能。随后，苹果在新推出的AirPods Pro也加入了主动降噪功能，并受到了用户的追捧。很快不少的TWS耳机厂商也开始跟进，但是由于技术和成本的原因，目前主动降噪功能只被应用在一些高端的TWS耳机上。不过，随着技术和产业链的成熟，主动降噪功能或将成为TWS耳机新标配。

一、主动降噪技术发展历程

1、什么是主动降噪技术？

噪声是指发声体做无规则振动时发出的声音。声音由物体的振动产生，以波的形式在一定的介质（如固体、液体、气体）中进行传播。从生理学观点来看，凡是干扰人们休息、学习和工作以及对所要听的声音产生干扰的声音，即不需要的声音，统称为噪声。当噪声对人及周围环境造成不良影响时，就形成噪声污染。产业革命以来，各种机械设备的创造和使用，给人类带来了繁荣和进步，但同时也产生了越来越多而且越来越强的噪声。

一般而言，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。

可以认为所有的声音都由一定的频谱和能量组成。从接收噪声源着手，通过电声处理，运算出反相的波，并通过内置音频处理电路进行放大和重放，相互反相的声音将会叠加，噪声的振幅将会大幅衰减，从而降低了噪声。

用一句话来概括主动降噪的原理：通过发出与噪声相位相反，频率、振幅相同的声波与噪声干涉实现相位抵消。

想要理解这句话，首先要明白声音是什么？相位和振幅是什么？干涉又是如何发生的。

我们平时听到的声音，实质上是空气被挤压并不断传递的现象。

空气受到挤压，自然就会有压缩部分和稀疏部分。这两个部分彼此交错出现，交替一次视作一个周期，而一秒钟内变化多少个周期就叫做频率。我们听到的声音往往由许多具有不同频率的声音组合而成，他们不光是频率不同，被压缩/拉伸的程度也不同，也就是振幅不一样，听起来声音的大小也就不一样。

相位的意思也很简单，某一个时刻声波处于一个周期内的位置就是相位。如果我们规定空气被压缩的最厉害的地方是相位的零点，那么半个周期之后，空气变得最为稀疏的地方，相位就变成180°。等到空气再次被压缩得最密集时，就经过了一整个周期，相位变化了360°又重新变为0°。

如果我们有两个频率接近或者一样的声音叠加在一起合成一个声音，他们的振幅会变大或者变小又或者不变，这个现象就叫做干涉。如果这两个声音相位一致：你振幅最大时我也最大，你最小时我也最小，那么合成出来的声音振幅就变大，听起来也就变更响了。如果两个声音频率是一样的，振幅也是一样的，但是相位偏偏相反：两个声波处处相反，彼此抵消，声音就被消除了。

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。

以下从两例典型应用即主动降噪耳机和汽车车内噪声主动控制出发，探究主动降噪技术的技术沿革和当前的研究热点，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、降噪耳机分类及原理

降噪耳机是一种很常见的护耳器，在人们的日常生活和生产中有着广泛的应用。降噪耳机由弓形头环连接两个半球形壳体组成，壳体上附带有吸声材料和密封垫圈，适用于存在噪声污染的环境，降噪量一般在 20 dB 以上，可以单独使用，也可以与耳塞结合使用，脱戴方便，但是长时间佩戴后会有闷热等不适感。

按照降噪方式，降噪耳机可以分为被动降噪耳机（无源降噪耳机）和主动降噪耳机（有源降噪耳机）。

（1）被动降噪耳机（无源降噪耳机）

传统的降噪耳机一般都是被动降噪耳机，又称无源降噪耳机；是利用隔声原理降低噪声的个人防护装置，具有佩戴方便、价格低廉等优点。被动降噪耳机在高频段有着良好的降噪性能，但是由于耳机体积和重量的限制，在 500 Hz 以下低频段的降噪性能较差。

（2）主动降噪耳机（有源降噪耳机）

包含有源降噪系统的耳机，一般称作主动降噪耳机，又称有源降噪耳机。有源降噪系统有良好的低频降噪性能，可以实现在较宽的频带上良好的降噪性能。

那么主动降噪耳机具体是怎么实现这个抵消噪声的过程的呢？

想要产生用于抵消噪声的声波，首先要得到噪声的信息才可以。主动降噪耳机设有反馈麦克风用于采集环境中的噪声信号。这里有一个先后顺序的问题：先采集噪声，但是要与噪声同时产生抵消音才能够降噪。所以处理器会根据噪声进行预测，预测出下一时刻噪声的情况，并产生相应抵消声波。

为了保证降噪质量，还需要一个反馈麦克风用来检测所合成后的噪声是否真的变小了。这时处理器会根据这个反馈麦克风测量到的结果，对处理过程进行调整从而进一步降低合成后的噪声音量，这叫做自适应过程。好比处理器变聪明了，能够根据消噪的效果不断调整自己，以达到最佳降噪效果。

二、主动降噪耳机技术的分类、技术现状与产品链

1. 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。

（1）前馈式主动降噪耳机

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，其典型结构如图 2 所示。这种系统一般需要被控制的初级声场的声音信息，通常称为参考信号。参考信号送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的误差信号，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。

前馈式有源噪声控制的优点是外面的麦克风接收的是纯噪声，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，外面的麦克风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。

（2）反馈式主动降噪耳机

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，它比前馈式系统少了一个参考传声器，其典型结构如图 3 所示。虽然系统构成上得以简化，但是应用范围也大大缩小。