降噪耳机的工作原理(以及我们如何测试它们)

Bose于2000年首次推出QuietComfort耳机,从那时起,消费者级有源噪声消除(ANC)的世界呈指数级增长。每年,我们都会测试几十款耳机和耳机,它们承诺能屏蔽你周围世界的声音,无论是飞机起飞的隆隆声,还是健谈的同事用机械键盘发出的嘎嘎作响的声音。但到底什么是噪音消除,我们如何测试它?我们在这里帮助您了解ANC可以做什么和不能做什么,以及我们在测试中寻找什么来确定您可以购买的最佳型号。

无源消声(或隔音)

耳机和耳机几乎总是被设计成以某种形式屏蔽外部噪音。有源消声使用复杂的电路(我们将在下面解释),但这并不是唯一的方法。

被动噪音消除,或噪音隔离,使用材料和物理工程来手动隔离您的耳朵与外部噪音。耳塞提供了被动隔音,就像大多数管内耳机一样,这要归功于它们的硅胶或泡沫耳机尖端如何适合您的耳朵。超耳式(环绕耳机)耳机还可以提供被动隔音,使用耳杯在耳朵周围形成可靠的密封,以阻挡相当大的环境噪音,并通过记忆泡沫等材料进一步增强。ANC耳机除了使用电路外,还经常依靠这些元素来帮助屏蔽噪音。

文章:《降噪耳机的工作原理(以及我们如何测试它们)》_配图

因此,无论我们谈论的是渠道密封耳机还是环绕耳机,在更复杂的ANC电路发挥作用之前,它都是从隔音开始的。

有源消声的关键:反向音频

有源消声原理的基本概念很简单。想象一下图上的正弦波,它的弧高在正值区域。现在,想象一下完全相反的情况,它的最低点与正弦波的峰值排成一条线。就像1加1得到0一样,这两个波相互抵消。因此,如果这两个波代表音频信号,它们本质上是相互抵消的,创造了沉默。

文章:《降噪耳机的工作原理(以及我们如何测试它们)》_配图1

非国大就是这样。ANC耳机内置的麦克风捕捉周围的噪音,音频处理电路然后提取这些噪音并产生它们的反转,以实时抵消它们。

如果我们周围的所有声音都像正弦波一样简单和可预测,那么有源噪声消除将更容易实现,制造成本更低,几乎所有时间都非常有效。但声音很少像它那样稳定,而且它的复杂性可能会使噪声消除电路很难产生准确的逆信号。ANC通常对恒定的声音效果很好,比如空调机组的机械嗡嗡声或飞机的轰鸣声。对于音高和音量差异很大的声音,比如有人在唱歌,或者敲击的声音,比如有人鼓掌,要准确地制作反转是比较困难的。

最重要的是,虽然较低频率的声音相对容易产生反向波,但较高频率的声音更难适应。由于ANC在低频和稳定的声音上效果最好,制造商使用一些额外的技巧来回拨高频和短暂的声音。

我们经常看到的一个技巧,特别是在价格较低的降噪耳机上,制造商会在信号中插入类似白噪声的嘶嘶声,有效地掩盖电路无法消除的频率。然而,这不是噪音消除,而是噪音产生,无论何时我们听到它,我们都会在评论中注意到这一点。

有源噪声消除、自适应噪声消除和混合ANC

这些术语很容易混淆,但含义却截然不同。有源噪声消除(ANC)更像是一个总称,指的是任何主动利用电力来降低周围噪音的耳机或入耳式技术,而不是被动地这样做的耳塞或厚垫耳垫。但不要搞错了–任何一副好的ANC耳机或耳机也都采用了对他们有利的被动降噪。许多型号依靠耳垫或耳塞来回拨往往难以主动抵消的较高频率。

从表面上看,自适应噪声消除是指主动噪声消除,它(实时)调整环境声音,以创建可能的最佳噪声消除配置文件。

文章:《降噪耳机的工作原理(以及我们如何测试它们)》_配图2

如果这听起来很像非国大的基本定义,那你就错了。毕竟,非国大必须具有适应性,否则它根本不会起作用。但越来越多的型号提供高度自适应的ANC,不仅可以根据周围的噪音变化进行调整,还可以根据您的头部运动进行调整。有了大量的自适应模型,当你稍微转过头来,你就可以实时听到变化–有时,你甚至可以感觉到耳道内的压力变化。

对于一些用户来说,这种方法是最佳的,尽管你也可能会发现ANC的声音变化会分散你对音乐的注意力。现在,许多应用程序都提供了在自适应或手动ANC模式之间切换的选项。在某些手动模式下,您甚至可以使用滑块来调整ANC强度或它应该聚焦的频率范围。

你可能会遇到的另一个术语是混合ANC,它结合了前馈(基于外部麦克风)和反馈(基于内部麦克风)技术。通常情况下,最有效的型号使用混合技术(通常成本更高),但这不是一个硬性规定,它在产品中的存在并不能保证高质量的ANC。即使在混合ANC系统中,麦克风的数量和麦克风的放置(仅举两个因素)也会对噪声消除的整体效果产生巨大影响。混合ANC在耳塞和耳机中都存在,例如,典型的Jabra耳机每个耳机使用两个麦克风(一个内部和一个外部),而苹果的AirPods Max耳机使用精心设计的八麦克风阵列。

常见的噪声消除问题

正如我们前面提到的,嘶嘶声是一个需要注意的问题,也是低成本耳机中的一个常见问题。另一个危险信号是噪音消除对给定耳机的音频输出的影响。打开和关闭ANC应该不会改变声音特征,在高质量的机型上也不会。但我们测试了很多在这方面有问题的ANC耳机。有时,声音特征的变化是微妙的,但当非国大开始播放时,许多廉价的配对听起来非常不同,最好避免使用这些型号。

耳内压力是另一个问题。ANC引起的感知压力变化不仅因耳机而异,而且因人而异。我可能会觉得一双很好,但你的头会觉得很不舒服。我们每个人的构造都不同,所以只要有可能,最好自己测试一下耳机,以确保耳朵内的压力不会困扰你。依赖于评论所说的话在一定程度上是有帮助的,但最终,我不知道你的耳朵是否会像我的耳朵一样对特定耳机的噪音消除做出同样的反应。

我们如何测试噪音消除

在我们的大部分测试中,我们使用相同的声音文件,在相同的音量级别,通过相同的扬声器,在相同的经过声学处理的房间中产生噪音。我们用低频隆隆声的声音文件、高频扫频的文件以及嘈杂的餐馆和办公室环境的录音进行测试。我们还对耳机进行了压力测试,以高音量播放任何一对耳机都无法完全抵消的声音文件,以确定它们在极端条件下的效果。

文章:《降噪耳机的工作原理(以及我们如何测试它们)》_配图3

通过比较耳机处理这些声音文件的方式以及外部噪音,我们可以了解哪些型号在回拨噪音方面更有效。答案并不总是直截了当的:有些配对在消除特定频率范围方面比其他配对更好,有些配对不一致,有些配对在一个音量水平上做得更好,但在另一个音量水平上明显更差。

然后是前面提到的嘶嘶声问题,我们在一个异常安静的房间里测试这个问题。我们的半隔音、经过声学处理的测试空间非常适合这样做,让我们在没有任何外部噪音的情况下听到嘶嘶声。当在一个超安静的房间里的音频信号中添加了可听到的嘶嘶声时,激活ANC实际上似乎会使事情变得更响亮,而不是更安静。

显然,所有这些测试都是在没有通过耳机播放音乐的情况下完成的,但我们也测试了音频性能,既要看看耳机的声音如何,也要看看非国大是否改变了声音特征。毕竟,这些耳机是耳机,它们的声音如何与它们屏蔽外部声音的效果一样重要。有关我们如何评估音频性能的更多信息,请参阅我们关于如何测试耳机的报道。

最后,一旦我们的所有测试都完成了,我们除了考虑价格和用户体验等其他因素外,还会考虑噪音消除和音频性能来确定评级。我们测试了市场上大多数主要的(和不太主要的)降噪耳机,我们的每一次评论都是对它们性能的各个方面的深入研究。

要查看我们目前最喜欢的型号,请查看我们的最佳降噪耳机指南、最佳降噪真正的无线耳机以及目前市场上顶级ANC型号的面对面比较。

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编译:盼盼云笔记

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