在TWS耳塞或耳機(jī)中，有兩種類型的消噪方法：無(wú)源和有源，這兩種方法可以分別使用，也可以一起使用。被動(dòng)噪聲消除（也稱為噪聲隔離）可通過(guò)耳機(jī)的組件（例如橡膠頭或襯墊）濾除環(huán)境噪聲，這些噪聲對(duì)高頻噪聲（音頻帶寬高于1 kHz）有效，而對(duì)低頻噪聲則無(wú)效。頻率環(huán)境噪聲。另一方面，主動(dòng)噪聲消除在處理恒定的重復(fù)性低頻噪聲（例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的嗡嗡聲或冰箱的嗡嗡聲）方面更為有效。在本文中，我們將主要著眼于TWS系統(tǒng)中的主動(dòng)噪聲消除技術(shù)。

圖1突出顯示了耳塞中嵌入的主要功能中正在討論的功能。

圖1：典型的TWS芯片的功能塊（僅耳塞式芯片）

主動(dòng)降噪（ANC）最初是為了減少飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)噪聲而開(kāi)發(fā)的。如今，更強(qiáng)大的算法和更好的麥克風(fēng)使ANC超越了旅行世界，使用戶能夠消除辦公室和家庭中的背景噪音和聲音。它甚至是當(dāng)今TWS耳機(jī)中的一項(xiàng)功能。無(wú)論是在家工作還是在嘈雜的環(huán)境中，使用麥克風(fēng)陣列進(jìn)行波束成形都可以使人們進(jìn)行清晰的對(duì)話。主動(dòng)降噪（ANC）技術(shù)在無(wú)線和真正的無(wú)線耳塞設(shè)計(jì)中開(kāi)啟了音頻設(shè)備的新紀(jì)元。

噪聲消除的原理是，麥克風(fēng)收集外部環(huán)境噪聲，然后系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為反向聲波，并將其添加到揚(yáng)聲器端，從而降低感官噪聲。在面向TWS的應(yīng)用程序中，有多種設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)ANC技術(shù)的方法：前饋ANC、反饋ANC和混合ANC。

圖2：主動(dòng)降噪（ANC）原理

1、主動(dòng)降噪（ANC）技術(shù)

使用前饋技術(shù)（或FF），將噪聲捕獲麥克風(fēng)放置在耳機(jī)的外部。前饋ANC使用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或其他專用的ANC處理硬件將噪聲信號(hào)映射到用戶將在耳機(jī)內(nèi)部聽(tīng)到的頻率響應(yīng)。前饋技術(shù)可在大約80 Hz至2 kHz的音頻帶寬范圍內(nèi)高效運(yùn)行。

反饋（或FB）ANC與前饋相反，麥克風(fēng)放置在耳罩內(nèi)或帶有耳塞的佩戴者耳朵內(nèi)。主要好處是，無(wú)論耳機(jī)的確切位置和佩戴方式如何，麥克風(fēng)捕獲的噪音都能更準(zhǔn)確地反映出佩戴者聽(tīng)到的噪音。與所有反饋系統(tǒng)一樣，失控放大的風(fēng)險(xiǎn)很小。系統(tǒng)拾取其自身的抗噪信號(hào)并增加放大級(jí)別以消除它的風(fēng)險(xiǎn)很小，但實(shí)際上會(huì)增加噪聲量，甚至?xí)a(chǎn)生回音。另一個(gè)好處是，由于它正在處理已經(jīng)非?？拷涞囊纛l，因此處理時(shí)間更少。反饋技術(shù)可在大約50 Hz至800 Hz的音頻帶寬內(nèi)高效運(yùn)行。

混合式ANC具有兩全其美的優(yōu)點(diǎn)，它結(jié)合了FF和FB麥克風(fēng)以及處理能力，可以覆蓋所有基地。因此，混合式ANC實(shí)現(xiàn)了最佳的噪聲衰減頻率覆蓋范圍和最小的反饋問(wèn)題機(jī)會(huì)。缺點(diǎn)是混合ANC更昂貴。不僅有兩個(gè)麥克風(fēng)，而且這些麥克風(fēng)都必須具有高品質(zhì)，以避免引入額外的噪音。此外，耳機(jī)需要更強(qiáng)大的專用處理硬件來(lái)處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，這將增加ANC軟件或算法的開(kāi)發(fā)成本。

但是這里有一個(gè)問(wèn)題，在為TWS耳塞或耳機(jī)選擇音頻編解碼器IP時(shí)，不同的ANC技術(shù)有何關(guān)系？

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們將討論針對(duì)TWS的目標(biāo)應(yīng)用中的ANC技術(shù)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

• 數(shù)字濾波器（輸入到輸出或模擬到模擬）的音頻等待時(shí)間非常有限。
  

• 基于實(shí)時(shí)音頻樣本的流傳輸（即，一個(gè)音頻樣本輸入，一個(gè)音頻樣本輸出）。

• 資源受限，用于大量音頻數(shù)據(jù)處理。

• ADC和DAC的極低功耗，低輸入到輸出延遲和高采樣率。

2、輸入到輸出延遲

我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明音頻等待時(shí)間和ANC算法之間的關(guān)系。ADC / DAC采樣率（Fs）為192 kHz的音頻編解碼器（即，一個(gè)音頻采樣等于1 / 192,000秒）應(yīng)在800個(gè)時(shí)鐘周期（5 μs /（1000/160 MHz）= 800個(gè)周期）內(nèi)完成。 。此外，要使用最有效的ANC消除噪聲，您需要使用最高的濾波器抽頭數(shù)。如果說(shuō)128（2 7）抽頭用于加法和乘法運(yùn)算，這意味著僅一個(gè)音頻樣本就需要896加法和896乘法。因此，如果使用FF或FB ANC算法，則總共僅需要1個(gè)音頻采樣就可以使用384個(gè)MAC。如果使用混合ANC，則僅用于1個(gè)音頻樣本的896個(gè)MAC。因此，輸入2輸出等待時(shí)間對(duì)于ANC算法的效率起著關(guān)鍵作用（我們假設(shè)MCU或DSP的頻率是固定的）。

有兩個(gè)方面需要考慮。一方面，我們希望實(shí)現(xiàn)完全的前饋，反饋或混合實(shí)施，通過(guò)提供高性能ANC并同時(shí)最大化音頻質(zhì)量和電池壽命，將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。憑借高性能的音頻記錄和音頻播放路徑，音頻編解碼器IP旨在將延遲降至最低，尤其是數(shù)字濾波器的延遲，從而可提供出色的ANC性能和音頻質(zhì)量。另一方面，如果“抗噪聲”鏡像信號(hào)以有效的方式消除了環(huán)境噪聲，則在執(zhí)行ANC軟件時(shí)DSP不一定需要全速工作，這導(dǎo)致了進(jìn)一步的功耗優(yōu)化。

研尚科技可提供的部分產(chǎn)品列表

• 音頻編解碼器： Codec、 ADC、 DAC、 音頻功放、 硅麥、 耳放

• 射頻器件： 定位芯片、 定位模塊、 LNA、 無(wú)線射頻芯片、 NFC

• 電源轉(zhuǎn)換： 升壓芯片、 降壓芯片、 LDO、 背光驅(qū)動(dòng)

• 電源管理： 鋰電池充電管理、 鋰電池保護(hù)、 QC快充協(xié)議、 OVP/OCP、 電壓檢測(cè)、 復(fù)位芯片、 PMU、 顯示屏電源芯片、 MOSFET、 ESD

• 存儲(chǔ)器： SDRAM、 DDR、 Flash、 EEPROM

• 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)： 步進(jìn)電機(jī)/無(wú)刷&有刷

• MCU微控制器： MCU、 指紋芯片、 加密芯片

• 無(wú)線通信： 5G&4G通訊模組、 NB-IoT模組

• 其它芯片： 運(yùn)算放大器、 OSD