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和记娱bh88285:ANC耳机的ADI数字主动降噪设计方案解析



ANC主动降噪基滥觞基本理是经由过程Ref Mic(reference microphone)采集情况噪音噪声,经由过程降噪系统电路孕育发生降噪MIC接管的外界情况噪音相等的反信托号,将噪声抵消(如图1所示)。

ANC主动降噪耳机的好处在于低频噪声的节制效果显明,减轻噪音对人体康健的影响。一样平常环境下,ANC主动降噪的有效频率在50Hz—2KHz之间。对付跨越2KHz的噪音,降噪耳机可以经由过程耳机的布局设计与材料的选择,交融被动降噪的措施、耳机中听式布局设计与耳帽采纳隔音材料等,也可以起到很好的降噪效果。主动降噪只需专注于打消低频噪音,与被动降噪相辅相成。

ANC主动降噪耳机今朝有模拟和数字两种主流规划,但在大年夜规模临盆时,模拟降噪规划必要调剂外围的RC阻容器件作为滤波器反馈真个参数,而RC器件的精度导致终极耳机的降噪能力差异极大年夜,且不良率很高。对付这个问题,技巧型授权分销商Excelpoint世健和记娱bh88285公司的技巧支持部副经理Jack Yao向我们先容了ADI 数字和记娱bh88285主动降噪规划。他表示,面对破费级ANC耳机面临同等性、功耗、音质三重寻衅,该规划都可以一并办理。

如图2所示ADAU1777框架布局图, ADAU1777具有快速高精度(高达768 kHz)采样处置惩罚路径,5s analog-to-analog延迟,包管了DSP处置惩罚滤波器速率和精度;4个ADC模拟输入,可设置设置设备摆设摆设为麦克风或线路输入;同时,两路数字麦克风输入可作为选通输入。基于以上机能,ADAU1777已在国内外各大年夜耳机ODM厂商都有成熟产品的利用和量产。

Jack还向我们先容了ADI宣布了新一代DSP产品 ADAU1787。这款产品针对主动降噪耳机的利用又做了进一步的机能优化和提升。

如图3所示 ADAU1787框架图,ADAU1787具有独特的双核设计,FastDSP 核做主动降噪滤波器处置惩罚,同时SigmaDSP核做EQ后处置惩罚,对降噪处置惩罚后丧掉的音乐和记娱bh88285中低频部分做补偿。

由于混杂(hybrid)主动降噪办理规划必要四个主动降噪麦克风:此中两个用于前馈回路,两个用于反馈回路,再加上line in通道至少必要6个输入通道,ADAU1787供给4路ADC输入接口和4路数字麦克风输入,且这些输进口是并行输入,以是ADAU1787可以实现单芯片利用于混杂(hybrid)降噪耳机。同时,ADAU1787还能供给2.3*2.8 mm的更小BGA封装,在1.8V供电功耗仅约为6-7mW,可以利用在功耗和芯片体积要求更严苛的TWS耳机。

主动降噪(ANC)耳机设计和调试

若何设计一款高机能主动降噪(ANC)耳机呢?Jack进一步先容了主动降噪(ANC)耳机设计和调试步骤。

首先必要进行的是Matlab和记娱bh88285仿真模型搭建,如图4是ANC系统框架:

一共三层,用虚线分隔:最上面一层primary path是从Ref Mic到Error Mic的声学通道,相应函数用P(Z)来表示;中心一层是模拟通道,此中secondary path是adaptive filter输出到返回残差的通路,包括DAC、reconstrucTIon filter、power amplifier、speaker播放、再采集、pre-amplifier、anTI-aliasing filter、ADC;最下面一层是数字通路,此中adapTIve filter赓续调剂滤波器权系数来减少残差,直到收敛。最常用的规划是用FIR滤波器结合LMS算法来实现自适应滤波器。简化图4,可以获得图5。

这里adapTIve filter输出后颠末S(z)和desire output对照后,可能会引起instability。一种有效的措施是FXLMS(Filtered-X LMS),也就让x(n)颠末S(z)S^(z)再输入给LMS 模块, 使adaptive filter可以正常收敛。也便是说,自适应滤波器的权系数是由耳机的primary path和secondary path抉择的。耳机的p和记娱bh88285rimary path和secondary path相对稳定,以是adaptive filter的权系数也相对稳定。用变步长LMS的adaptive filter,得仿真结果如图6,在0到2KHz范围内(图6)。

接着第二步,就必要一些设备对耳机的声学特点做检测,可选用的音频设备有Audio Precision、Soundcheck等。人耳模拟装配也是紧张的一部分,如来自Head Acoustics、GRAS的IEC711。

人耳模拟装配可在量测耳机特点时,用于模拟人耳相应。这些人工耳集成了高度正确的麦克风,能丈量到人戴耳机时真实听到的声音。别的还必要一个扬声器,用于丈量耳机的被动衰减特点。耳机腔体声学指标的测试是ANC滤波器仿真设计异常紧张的环节。

着末,必要在ADI Sigmastudio 图形化对象对Matlab仿真系数做响应滤波器参数的代入和调剂(图7),而这部分调试必要和耳机声学曲线测试做反复验证。

总的来说,ANC降噪耳机市场潜力很大年夜,而采纳数字芯片来实现ANC降噪处置惩罚的耳机是未来成长偏向,但从研发到量产这条路上还有很多寻衅,包括了研发阶段的ID设计、通报函数丈量、ANC滤波器仿真和调试,量产阶段的来料查验节制、成品产线自动增益调剂系统等。今朝,世健与有履历的IDH共同支持客户,可以缩短客户产品的研发周期。

如图8是IDH用ADAU1787在一款头戴式ANC耳机测试曲线。

最深降噪-40DB,在50-2khz匀称-30DB以上降噪深度。

责任编辑;zl

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