從二戰到現代:主動噪音消除技術的驚人歷史!

主動噪音控制(ANC),顧名思義,是一種通過添加特定設計的聲音來降低不必要的聲音的技術。這種技術的概念最早於1930年代末期提出,隨後於1950年代進行進一步開發,最終在1980年代末期實現商業化。如今,主動噪音消除技術已廣泛應用於商業航空耳機、汽車、手機、耳朵耳機和頭戴式耳機等各個領域。

聲音是壓力波,由壓縮和稀疏交替周期組成。噪音消除揚聲器會發出與原始聲音相同幅度但相位相反的聲波,這一過程稱為干涉,能有效地抵消彼此。

主動噪音消除技術的運作原理

現代的主動噪音控制主要通過使用類比電路或數字信號處理來實現。自適應算法能夠分析背景噪音的波形,根據特定的算法生成一個信號,該信號將會相位移動或翻轉原始信號的極性。這種翻轉信號(反相)會被放大,然後通過傳感器創造出與原始波形的幅度成正比的聲波,從而形成破壞性干涉,有效減少可感知的噪音。

噪音消除揚聲器可與要降低音量的聲音源同時存在,這樣揚聲器的音頻功率水平必須與不需要的聲音相同,以實現噪音的cancel。然而,如果將發出消除信號的傳感器放置在需要降噪的地方(例如使用者的耳朵附近),那麼所需的功率等級會低得多,但這僅適用於單一使用者。相對於不同地點進行噪聲消除則要困難得多,因為不需要的聲音和消除信號的三維波前可能會匹配,形成交錯的建設性和破壞性干涉,在某些地方減少噪音的同時,在別的地方卻加強噪音。

應用範疇

主動噪音消除技術的應用可分為一維和三維,具體取決於要保護的區域之類型。周期性聲音(如引擎聲)即使是複雜的聲音也更容易被取消,而隨機聲音則相對困難。針對一維區域的保護,所需的麥克風和揚聲器僅需一至兩個,而三維區域則需要多個設備,因此更加昂貴。

高頻波在三維空間中很難被有效減少,因為它們在空氣中的聲音波長相對較短,這使得噪音的抵消變得不穩定。

主動與被動噪音控制的比較

噪音控制分為主動和被動兩種方式。主動噪音控制依賴於電源以減少音量,而被動噪音控制則依靠隔音材料如絕緣材料或吸音瓷磚。對於低頻噪音,主動控制最為有效;而高頻噪音由於技術限制,通常轉向被動的隔音解決方案。

技術歷史回顧

1936年,發明家保羅·盧格獲得了美國第一個噪音控制系統的專利,該專利描述了如何在管道中通過相位提前來取消正弦波音調,以及通過翻轉極性來取消周圍的隨機聲音。到了1950年代,洛倫斯·J·福戈為直升機和飛機駕駛艙的噪音消除專利。在1957年,威拉德·米克爾開發了一種在耳罩上應用的主動噪音控制模型,並於1980年代推出了首款商用主動噪音消除耳機。

現代科技的發展使得主動噪音控制技術在手機多麥克風設計中得以應用,這不僅提高了語音音質,還在面對周圍噪音時表現出色。值得我們思考的是,在這些技術快速進步的背後,我們是否能夠預測未來會有更多哪種形式的音效控制技術出現?

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