从凯迪拉克XTS 谈主动降噪技术前景

    [中关村在线音频频道原创]2013年3月1日，美国著名汽车品牌凯迪拉克在中国正式发布行政级轿车XTS。这款车采用了大功率2.0T和3.6L发动机，搭载了MRC电磁悬挂技术以及CUE系统。作为一个汽车迷，XTS的确是2013年最为热门的车型，但我们今天关注的不是它的动力或是悬挂，而是这套BOSE ANC主动降噪系统。

    根据凯迪拉克官方描述，XTS系列车型通过位于发动机转速和车舱内的麦克风来判定并收集环境噪音，同时通过音响来发出相反的波抵消，原理类似于我们目前使用的主动降噪耳机。但主动降噪技术运用于非耳机产品线上的案例并不多，主动降噪技术能否在今后人们日常生活中起到作用？在探讨这个话题之前，先让我们来简单了解下降噪技术。

    噪声，也称噪音，是让听到它的人和自然界带来烦恼的、不受欢迎的声音。影响人们工作学习休息的声音都称为噪声。对噪声的感受因各人的感觉、习惯等而不同，因此噪声有时是一个主观的感受。一般来说人们将影响人的交谈或思考的环境声音称为噪声。——摘选自《维基百科》

从凯迪拉克XTS 谈主动降噪技术前景

    多年来，无数研究者都在致力于如何降低噪音来还给用户一片宁静。目前来看，根据降噪原理划分大致分为两派，被动降噪（物理降噪）和主动降噪（有源降噪）。被动降噪很好理解，它就是通过材料的特性来阻隔噪音，例如入耳式耳机，公路隔音带等等。而主动降噪则是“智慧型”降噪方式，效果好并且可控性出色，被誉为未来的降噪方式。

    今天，我们就跟大家聊聊主动降噪技术的工作原理以及在各行各业上的应用和未来发展前景。或许你之前没有说过主动降噪产品，但它能够改变你的生活。

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    既然和被动降噪有很大的不同，那主动降噪到底是什么？我们先看被动降噪，被动降噪的优势是降噪空间大，对于高频信号的隔绝效果好，比如公路旁边的隔音板。但是，对于小空间的低频噪声来说，像空调工作噪声、飞机发动机噪声等噪音则效果大打折扣。

高速公路隔音墙采用被动降噪技术（图片来源于志趣网）

车内环境较为复杂更适合主动降噪（图片来源于爱卡汽车网）

    主动降噪概念是BOSE公司创始人Amar G. Bose博士在一次飞行旅途中由于受不了飞机噪音而提出的。1989年，BOSE主动降噪耳机推出，但主要用于商业以及军用战场上，真正量产到民用还是在2000年。之所以要采用主动降噪耳机，一方面是因为某些噪音是无法通过物理方式隔绝的，另一方面，很多情况下，噪音来自于多方面，我们无法通过传统方法来进行降噪。

BOSE公司创始人介绍（图片来源于BOSE官网）

    其实主动降噪的理论十分简单，“声波”是我们中学物理课程中都会学到的理论。声音的传播是通过介质的振动来实现，波与波之间如果呈反相则会在理论条件下实现抵消。这就好比平静的湖中两组不同方向的波浪相互抵消一个道理。

主动降噪技术工作原理（图片来源于耳机大家坛）

    主动降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特点，然后通过内置的处理芯片运算出反相的波，再通过高还原度扬声器相抵消。所以主动降噪系统必备的设备有拾音器、处理芯片、扬声器，每一个部分都要保证高质量才能达到最终的效果，故成本上就要比传统非降噪设备高。

    由于主动降噪的设备往往售价高昂，大部分用户对其实际效果仍然持怀疑态度，导致许多消费者在没有实际体验过降噪产品的情况下对其产生一定的偏见。实际上，主动降噪对于环境噪音的抵消是十分明显的。为此，我们做了一个模拟实验。

测试环境：2:00pm海淀黄庄路口

环境噪音：76.5dB（误差为5dB）

测试设备：噪声计、BOSE QC15降噪耳机

测试目的：感受主动降噪技术的降噪特点，模拟降噪25dB的效果。

 
海淀黄庄路口

环境噪音约为76.5dB

编辑佩戴主动降噪产品

模拟主动降噪效果视频（降噪后效果位于00:36秒）
建议将耳机调整至较高音量，以达到实际环境效果

    通过视频我们可以看到，Bose主动降噪产品基本可以达到25-30dB的降噪效果，同时对于低频噪音信号的处理十分到位。这也是主动降噪耳机的优势，不过，受限于麦克风、噪音处理算法的限制，不同频率下的降噪感受不同，尤其是在高频部分，例如人与人的近距离对话和汽车鸣笛声，仅是单纯的削弱，不会完全消除。当然，模拟视频中无法还原真正的降噪效果，仅作为一个参考。

    得益于主动降噪的先天优势，各行各业对于这种技术的期望值是相当高的。除了耳机行业以外，例如消防及军用市场也有不错的表现。在火场环境下，消防员需要在嘈杂的环境中听清后方的指挥，此时就需要运用主动降噪技术来削减火场声音。而在军用战场上，降噪技术更是突显出智能隔音的效果。

主动降噪技术在消防中的应用（图片来源于新疆消防网）

    回到我们开篇的主题，主动降噪在民用市场的第二大动作就是汽车领域。静音程度是衡量一辆行政级汽车的重要指标。通常汽车采用的是堆砌几十斤重的隔音材料来进行物理降噪，无形中增加了整车的重量。

汽车领域的被动降噪处理方式（黑色物体为隔音棉）

汽车领域的被动降噪处理方式（黑色物体为隔音棉）

    但是主动降噪技术的出现，则可以从另一个方向进行降噪。汽车主动降噪的原理与耳机稍有不同。它是通过一个系统来根据发动机转速来判定噪音指数，因为发动机转速在不同阶段所产生的噪音指数是基本固定的，提前收集这些数据，然后通过系统计算出不同转速下与噪音相反的波进行抵消。

BOSE汽车主动降噪系统视频介绍

应用于汽车行业的主动降噪系统

应用于汽车行业的主动降噪系统

    同时，车内还有三个校准麦克风进行路噪、风噪以及胎噪声波的收集，最后降噪系统将统一进行计算，通过车内扬声器发出抵消波。一般来说，主动降噪技术的工作仍然要结合被动降噪来实现，从而达到最佳的降噪体验。多种降噪方式的补充协作将是未来民用降噪的趋势所在。

    主动降噪从技术的角度来说，前景是光明的。但为什么从发展初期到今天仍然没有得到普及？甚至慢慢成为了一种“奢侈品”。这其中存在着许多不为人知的秘密，下面，我们就来看看主动降噪技术的机遇与挑战。

主动降噪技术未来三大优势：

● 降噪效果出色

    我们之前测试过，主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果，尤其是空调、发动机等噪声。最多可降低25dB-30dB的环境噪音。相比于被动降噪来说，主动降噪的效果更加智能。

主动降噪效果出色

● 客观条件限制少

    被动降噪屏蔽的是高频噪声，它更适合一些比较规则的降噪场景，通过堆积隔音材料来实现。但是对付环境复杂，且大量低频共振噪声就束手无策。主动降噪通过麦克风拾音，可以有效地处理复杂环境的噪音，例如车内、机舱等环境。所以说，某些特定条件下，主动降噪的优势极为明显。

被动降噪技术客观限制多

● 技术特点成熟

    主动降噪技术发展了数十年，从实际应用上看，该技术的效果相当稳定，正在逐步从高端应用延伸到民用市场，所应用的环境也是多种多样。最根本在于，和被动降噪的材料学相比，主动降噪的处理机制提升空间更大。

主动降噪技术面临三大挑战：

● 技术封锁

    技术封锁是最令行业头疼的问题，目前行业内拥有主动降噪核心技术的公司有两家，一家是BOSE，一家是PHITEK。BOSE的研发实力要强于PHITEK，但BOSE从来不会透露自己的技术，并且只服务于自己或核心客户。而PHITEK属于后起之秀，为多家厂商提供降噪技术，不过论降噪效果来说和BOSE仍有很大差距。BOSE这种通过核心技术来进行商业化的行为值得尊重，但技术封锁显然对行业的发展不利。

主动降噪产品售价高昂（图片来自于BOSE官网）

● 成本高，售价高

    一方面，BOSE的技术封锁导致主动降噪市场的采购成本高。另一方面，主动降噪技术对于拾音设备、发声单元、腔体结构、降噪芯片等每一个环节的品质都有极高的要求，寡头垄断、多环节采购、技术研发这些不利的条件必然导致最终的产品售价高昂。

硬件成本是门槛

● 影响音质

    主动降噪在原有的音乐上加入了降噪处理信号，势必会造成音乐纯度的影响，形成音染。并且，降噪处理芯片、拾音麦克风在工作中会出现误差，导致部分非噪音信号被抵消。这也是为什么许多用户发现主动降噪耳机的声音细节不够，发闷的原因。目前，要HiFi就不要碰主动降噪。

写在最后：

    噪声处理是历史性难题，主动降噪技术的未来前景空间很大，相信在保持高精尖领域的应用后，越来越多的主动降噪产品将会走入人们的生活。主动降噪技术的成功与否关系到整个声学行业的发展，需要每一个环节的厂商努力才能达到预期成绩。最后，我们希望主动降噪技术不仅仅是停留在高端产品线中，实惠的民用级降噪产品才是人们所期望的。

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看似离我们很远的专业级技术产品其实已经到了身边，只是很多的用户还没注意到。有句广告词说的很好：科技以人为本，只有服务大众的科技才是最出色的。