由于聲音的傳播速度及耳機(jī)的聲學(xué)特性等因素的影響，使得ANC耳機(jī)的運作有特定的頻率范圍，ANC濾波器的設(shè)計需要實現(xiàn)幅值和相位的共同匹配。由于更高頻率下的相位幾乎旋轉(zhuǎn)了180度，設(shè)計出的濾波器很有可能與頻率幅值匹配，而不與相位匹配，通常可以做到1 kHz頻率以下的濾波器匹配，故更高頻的部分需要盡可能地衰減。根據(jù)上述第2節(jié)中獲得的三組數(shù)據(jù)，由，可以計算出待設(shè)計濾波器的頻率特性如圖6、圖7所示。

　　將計算得到的濾波器幅頻特性和相頻特性用excel表格導(dǎo)出，以備導(dǎo)入上位機(jī)軟件進(jìn)行電路仿真。需要注意的是，要想順利導(dǎo)入上位機(jī)軟件，excel文件必須以特定的格式保存，幅頻特性和相頻特性的存儲格式如圖8所示。

3.2 濾波器電路仿真

　　在計算出待設(shè)計濾波器的頻率特性后，需要設(shè)計出具體的電路拓?fù)淙ケ平鼫y量得到的濾波器幅頻特性和相頻特性。使用AS34X5 Evaluation Software USBHID 上位機(jī)可以方便地仿真設(shè)計電路拓?fù)?。該軟件可以?dǎo)入包含濾波器頻率特性的excel表格，同時可選擇多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括陷波濾波器、高通濾波器、低架(low shelf)濾波器、高架(high pass)濾波器、帶通濾波器和一階/二階低通濾波器。經(jīng)過仿真整定，得到濾波器計算仿真波形與實際測量波形如圖9所示。

　　在圖9中的相位頻率特性曲線部分，存在偏置(offset)調(diào)整框。該調(diào)整框可以選擇將電路仿真計算(Calculated)得到的相頻特性曲線上移或下移 的整數(shù)倍。這樣做的目的是為了方便仿真計算(Calculated)和實際測量(Measured)得到的相頻特性曲線更加吻合。如果偏置量是180°的偶數(shù)倍，則不需要特別處理;如果偏置量是180°的奇數(shù)倍，則需要將揚(yáng)聲器反接來補(bǔ)償180°相位。

　　圖9表明濾波器計算仿真波形與實際測量波形相比，幅值和相位在700 Hz以下吻合度較好。理論上最終的降噪效果也主要體現(xiàn)在700 Hz以下。

4 降噪性能測試與分析

　　待仿真波形與實際測量波形基本吻合后，可以導(dǎo)出濾波器物料清單，將對應(yīng)的元件焊接到AS3415演示板上進(jìn)行ANC降噪性能測試。演示板使用IIC接口與上位機(jī)通信，通過配置相關(guān)寄存器，操作麥克風(fēng)前置放大器、運算放大器等模塊與ANC反饋濾波器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嗷ソY(jié)合實現(xiàn)降噪目的。

　　值得注意的是AS3415內(nèi)部運算放大器1(OP1)為反相輸入，故輸出信號相位應(yīng)增加180°。這是基于AS3415的ANC降噪耳機(jī)能夠正常工作的關(guān)鍵一步，可以通過耳機(jī)揚(yáng)聲器反接實現(xiàn)相位增加180°的效果。

　　將設(shè)計濾波器的元件清單導(dǎo)出，焊接到AS3415演示板上，連接待降噪耳機(jī)進(jìn)行降噪性能測試。AS3415模擬降噪方案裝置實物圖和降噪曲線分別如圖10、圖11所示。

　　從圖11中可以觀察到在700 Hz以下頻率范圍，AS3415主動降噪芯片明顯起到了降噪作用，100 Hz附近降噪效果達(dá)到10dB,這與圖9中的仿真整定結(jié)果一致。

5 結(jié)論

　　本文系統(tǒng)地介紹了AS3415主動降噪芯片的使用方法。分析了該芯片的硬件結(jié)構(gòu)，詳細(xì)描述了耳機(jī)聲學(xué)性能測試方案，介紹了AS3415評估軟件在降噪濾波器電路設(shè)計上的應(yīng)用，最后以AS3415演示板和普通頭戴式耳機(jī)為實驗平臺進(jìn)行實際降噪性能測試。實驗結(jié)果驗證了本文所述AS3415應(yīng)用方案的有效性。

　　由于實驗平臺沒有經(jīng)過特殊的聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計且不具備消聲室等實驗條件進(jìn)行準(zhǔn)確的聲學(xué)指標(biāo)測量，故實驗最終呈現(xiàn)的降噪效果有限。針對這一不足，下一步將對頭戴式耳機(jī)進(jìn)行聲學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，引入消聲室等專業(yè)測試設(shè)備，以提高耳機(jī)降噪效果。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第37頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。