常見的的耳機(jī)主動降噪數(shù)字芯片的架構(gòu)如下，其中橙色部分為數(shù)字處理過程。下面來分析下各模塊的主要參數(shù)。
1、 AD-DA鏈路延時(shí)
目前幾乎所有用于耳機(jī)主動降噪的數(shù)字芯片AD-DA的鏈路總延時(shí)處于5us~20us之間。這個(gè)延時(shí)對降噪帶寬有一定的影響，但基本上都可以滿足要求。在這個(gè)延時(shí)區(qū)間，延時(shí)每增加一倍理論的前饋降噪深度會減小6dB。2kHz信號20us延時(shí)引起的相位偏差為14.4°，這個(gè)相位偏差下前饋?zhàn)钌畹慕翟肷疃葹?2dB。
但實(shí)際的總延時(shí)不僅僅和數(shù)字過程總延時(shí)有關(guān)，還和噪聲源的入射方向以及傳聲器和次級聲源的相對位置有關(guān)。反過來說，如果想要拓寬耳機(jī)的降噪帶寬，需要綜合考量傳聲器和次級聲源的位置。
2、 AD/DA滿量程、精度、底噪
耳機(jī)中常用麥克風(fēng)的靈敏度約為-40dBV/Pa，信噪比約65dB，AOP區(qū)間約為120dB~130dB之間。如果想用高AOP的麥克風(fēng)，意味著AD的滿量程需要提高，而AD滿量程的提高又伴隨了功耗的增加。如果想用高信噪比的麥克風(fēng)，AD的底噪首先要做提升，大多數(shù)AD的信噪比約為100dB。
舉個(gè)例子，某芯片AD的滿量程為500mV（-6dBV），考慮麥克風(fēng)靈敏度為-40dBV/Pa時(shí)轉(zhuǎn)化為滿量程聲壓為128dB。
AD的精度一般是24bit。
芯片輸出的兩個(gè)核心指標(biāo)是最大功率和底噪。目前大多用于耳機(jī)降噪的芯片最大輸出電壓約為1V，底噪范圍約2uV-10uV。
3、 濾波器架構(gòu)
耳機(jī)降噪芯片除了早期采用過FIR外，當(dāng)前主流的耳機(jī)降噪芯片的濾波器大多采用IIR濾波器。目前市面的芯片主要存在兩種架構(gòu)。
（1）直接II型二階IIR濾波器，級聯(lián)
市面上幾乎所有的耳機(jī)降噪數(shù)字濾波器都是采用這個(gè)架構(gòu)，區(qū)別僅僅是系數(shù)的精度稍有不同。一般系數(shù)采用的精度有S（32，26），S（32，27）。在這個(gè)精度下濾波器和模擬域幾乎沒有任何區(qū)別，傳統(tǒng)的一些連續(xù)域的擬合濾波器的方法都可以有效的應(yīng)用。
（2）直接II型七階IIR濾波器，并聯(lián)
市面上還有另一種特殊的架構(gòu)，他是以直接II型七階IIR濾波器為基礎(chǔ)的。數(shù)字處理的采樣率為8MHz，混合采用一個(gè)一階高通以及兩個(gè)一階低通濾波器構(gòu)成帶通濾波器，而降噪濾波器采用的七階IIR濾波器，具體結(jié)構(gòu)如圖所示，該架構(gòu)中系數(shù)精度為S(12,9)。這個(gè)精度下系數(shù)的最大值為∓4，這就限制了低頻濾波器（零極點(diǎn)靠近∓1）的應(yīng)用，這會導(dǎo)致100Hz以下的Lowshelf型或Peak型濾波器應(yīng)用受限。而2^-9的系數(shù)精度也容易讓定點(diǎn)化后的零極點(diǎn)偏離初始連續(xù)域中的零極點(diǎn)，在擬合這種濾波器系數(shù)時(shí)比較好的方法是采用遺傳算法
為了解決上面的問題，目前該芯片采用的方式是采用兩個(gè)七階IIR濾波器并聯(lián)，這樣可以把低頻濾波器置在其中一個(gè)支路上。但相對來說其可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器依舊是受限的，不如上面六級或七級二階濾波器來得靈活。在使用這顆芯片設(shè)計(jì)降噪耳機(jī)時(shí)對系統(tǒng)架構(gòu)的要求會更高。
還有另一類數(shù)字濾波器的架構(gòu)是IIR濾波器并聯(lián)一個(gè)FIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器相比于IIR濾波器可以采用常見的自適應(yīng)更新算法，它可以對濾波器的中高頻特性做些自適應(yīng)調(diào)整。
4、 動態(tài)問題的處理
在上面的架構(gòu)中，我們把耳機(jī)的降噪問題看成是線性系統(tǒng)問題。但是如上的處理過程中可能會出現(xiàn)麥克風(fēng)或喇叭這類元器件動態(tài)不足，或者出現(xiàn)線性濾波過程中出現(xiàn)溢出，或者計(jì)算結(jié)果溢出的問題。處理的原則是系統(tǒng)可以性能下降，但不可以出現(xiàn)更壞結(jié)果。比如嘯叫發(fā)生、底噪增大、噪聲放大、切換噗噗聲等。這時(shí)能較好的將壓限器、擴(kuò)位運(yùn)算、淡入淡出等方法集成到系統(tǒng)中的數(shù)字芯片硬件模塊無疑是更有競爭力的。
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