主动降噪并非“新”技术，但真正普及只在近年间

主动降噪技术中所谓的“主动”，就是通过有源器件来实现“降噪”，自然包含了麦克风、ADC、DSP、DAC等现代电子元件。因此我们会认为，这是个非常“新颖”的技术。

其实首个主动降噪专利申请于1936年，拥有者是德国物理学家Paul Lueg。他率先提出了有源噪音控制的概念，其基本原理就是利用声波相抵消的特性，降低噪音。

Paul Lueg的专利，专利号US2043416A

1953年，Fogel博士获得了直升机降噪专利，开发出首批降噪耳机，用以为飞行员提供主动降噪，确保他们能有效沟通。与此同时，AFRL(空军研究实验室)的项目负责人Willard Meeker决定将耳罩作为听力保护器，创建了首个主动降噪模型，有效频宽50～500Hz，最大衰减(降噪能力)可达20dB。

1978年，旅行途中的Amar G.Bose博士为飞机引擎发出的噪音所困扰，随后展开了消(除)噪(音)研究。不过Bose直到1989年才为商用航班的飞行员推出了首款有源降噪耳机，之后又为美国陆军的战斗车辆乘员开发了相应产品。待真正进入家用市场，则是“千禧年”发布的QC有源消噪耳机。

※ 当时的习惯性称呼，主动降噪耳机被称为“有源降噪/消噪耳机”。

Amar G.Bose博士

主动降噪技术分为模拟和数字两种。前者零延迟，但组成元件多、精度要求高、一致性差、调整方式又单一，已逐步淘汰。后者通过调节增益、EQ系数等提升降噪效果，固件更新后还能提高效能，尤其是高集成度单芯片方案涌现后，大大降低成本，体积也跟着“缩水”，不只头戴式耳机，TWS真无线耳机也都有配备，因此成为主流。

正相、反相和相互抵消，主动降噪(ANC)技术原理初探

耳机产业在最近十多年间发生了翻天覆地的变化。

智能手机普及，使得人们获取音乐的方式(如音乐App的出现)和聆听音乐的环境变了，尤其是户外、通勤途中产生了巨量音乐欣赏需求。要在嘈杂环境中听(清)音乐(此处无关音质、音色)，有两个办法：加大音量来抵御外界干扰，但对听力造成不可逆的损伤；以主动降噪技术来降低环境噪音，不仅不用加大音量，还能让用户更专注音频体验。

正相、反相声波的相互抵消

以飞机引擎产生的噪音为例。它通常是振幅恒定的声波，即波峰高度和波谷深度基本是连续的。如果我们同步产生一个振幅相同、相位相反的声波，即所谓“反相声波”，那么当两个声波叠加时，彼此就会相互抵消，达成“降噪”的目的。

振幅相同、相位相反的声波实现了相互抵消

对音响发烧友来说，这很容易理解。大家都知道“煲机”，即长时间、大音量播放音乐来加速电子元件和喇叭单元的老化(类似早年汽车的走合期)，但这势必会影响家人和邻居的休息。简单的解决方案是——两个音箱面对面贴合，播放单声道信号，并将其中一个音箱反相连接，即相同的信号，一个正相、一个反相，实现彼此抵消，这样泄漏出来的音量会非常小(理论上是完全不可闻)。

当你坐在飞机或高铁上，主动降噪耳机的麦克风会拾取引擎或铁轨摩擦产生的噪音(当然也包括其它噪音)，理论上它的侦测频率范围在100～1000Hz，也有高达3000Hz的(即①噪音收集)；采集到的声波交由控制电路处理(ADC-DSP运算-DAC，即②噪音分析)；透过扬声器发出相位相反、振幅相同的反相声波(即③生成反相声波)，最终与原始声波叠加后达成抵消，实现降噪的目的。

前反馈、后反馈和混合降噪

耳机中的主动降噪，分为FeedForward ANC(前反馈降噪)、Feedback  ANC(后反馈降噪)和Hybrid ANC(混合降噪)。

FeedForward ANC配备的麦克风，位于耳机外侧，主要采集外界环境噪音，非常适合中频降噪，比如隔绝一些特定的声音，如语音或交通工具穿梭时产生的噪音，但是它对风啸和偶发噪音降噪效果不佳；Feedback ANC配备的麦克风，则在耳罩内或耳道中(耳塞)，它所捕捉到的噪音，其实能更准确反映佩戴者听到的噪音，因此可以将它视为一种自我校正机制，主要用来隔绝飞机、火车等发出的嗡嗡声和风啸(偏重于低频)。

FeedForward ANC工作原理图

Feedback ANC工作原理图

Hybrid ANC将前两种降噪方式整合在了一起，集合了两者的优点，包括兼顾中频、低频的降噪。由此，用户可以获得更好的噪音衰减特性。至于说缺点，那就是成本更高，因为需要更多数量的麦克风和性能更强大的DSP处理芯片。好在越来越多制造商能够提供高集成度的解决方案，诸如Cirrus Logic、高通、Bose、哈曼和Apple。

兼而有之的Hybrid ANC

更进一步！主动降噪的模式选择和自适应ANC

明白了降噪原理，我们来做进一步的解析。无论耳机选择了哪种降噪技术，用户都可以选择打开或关闭这个功能。然而，客观环境是千变万化的，用户对降噪程度的需索也是在不断变化的！

看菜吃饭，主动降噪的模式选择

简单的做法，就是通过划分降噪等级提供给用户自行选择。比如Bose的Noise Cancelling 700(700无线消噪耳机)，从0～10共有11个等级可供用户选择。可惜，这在今天看来，并非是个“聪明”的举措——因为用户不是专业人士，既不懂也不想懂得每个等级代表的意思！

所以，比较形象或易懂的标识，更受欢迎。以之前测评过的华为FreeBuds Pro 3为例，它有“智慧动态”“轻度”“均衡”和“深度”4组可选。后三者对应的，就分别是安静环境(如办公室)、嘈杂环境和非常嘈杂环境。Sennheiser App上对此提供的选项为最大、抗风、抗压力，其实也是非常直观的。Bowers & Wilkins Px8则有Office、City、Flight的选择，办公室、城市和航班，基本上你一眼就能分析出对应的噪音强度。

华为和Sennheiser提供的模式选择

甩手掌柜，让自适应ANC来“搞定”

思路打开！那么有没有一种可能，就是允许耳机的降噪系统自行侦测环境音，自动选择合适的降噪算法？这就是所谓的“自适应ANC(Adaptive Noise Control)”。不同品牌会有不同的称呼，比如B&O的“自适应主动降噪(ANC)技术”、Beats的“完全自适应降噪(Pure ANC)”、AirPods的“自适应噪声控制”以及前述华为的“智慧动态”。

现在问题又来了！自适应ANC和前述的主动降噪模式会不会存在冲突？我不敢百分百保证，只能说自己的使用经验。在FreeBuds Pro 3的测评中，我这样说过：“轻度、均衡、深度3种模式，我在不同环境中都刻意选择过，感受它们不同的降噪规模。我觉得，即便是‘轻度’，在更加嘈杂的环境中，它的降噪‘力度’也会随之增加。至少在主观听感上，它并非一成不变……”

此外，需要说明的是，自适应ANC也是要和其他配置来协同完成的。今天几乎所有中高端主动降噪耳机，都会要求做贴合度的测试，即根据每个用户耳朵的状态做些有针对性的预设。FreeBuds Pro 3，在正式启用前就有个智能佩戴检测；隶属Masimo集团的Denon，在其PerL系列真无线耳机上更是植入了Masimo ATT自适应声学技术，即通过发出测试音检测耳朵三频敏感度并定制化声音参数。

华为耳塞贴合度与智能佩戴的检测

PerL预先对双耳进行声音参数的定制

通透模式，随时倾听外面的声音

通透模式并非简单的将降噪关闭，它又被称为“环境音增强模式”，目的就是在不取下耳机的前提下，即时了解周围的环境变化，这可以确保用户在室外应用时自身的安全性(比如及时听到汽车的鸣笛声等)。

这一模式在索尼ANC耳机中称为“环境声模式”，AirPods中为“通透”模式，Sennheiser为“透明聆听”，华为则为“透传”。

放牛班，关于主动降噪(ANC)的问答

最后，我们就主动降噪(ANC)技术的常识性、补充性问题做个快答。

主动降噪与被动降噪的区别

如前言中所说，盖住耳朵或深入耳道，是天然的降噪，只是这种以物理方式进行噪音隔绝的做法，被称为被动降噪。被动降噪主要用于高频降噪，因此与主动降噪是个互补关系。被动降噪取决于设计(封闭式/开放式)、皮革耳垫的密封性、耳塞尺寸的大小、头带的夹紧力度等等。

主动降噪技术会降低音质吗？

很遗憾，是的。当主动降噪功能开启后，整体音质确实会有妥协，即使是目前市面上最好的机型。无论其降噪性能的优劣，都会有损音质。如果你很在意这一点，建议选择一款坚固的、有良好被动隔音设计的耳机。

主动降噪耳机可以抑制所有噪音吗？

噪音是较低频率且持续发声时，降噪效果是稳定的。突发噪音，比如喇叭声、人的尖叫声，仍然会被听到，毕竟最好的ANC技术也无法做到实时创建反相声波。可以这样认为，它们在抵消交通环境中产生的噪音时，最为有效。

ANC与ENC的区别

ENC(Environmental Noise Cancellation，环境降噪技术)是专注通话降噪的技术，它能抑制90%的反向环境噪音，主要应用于语音沟通的场景，比如通话，又比如游戏时玩家的互动场景。这与ANC是两种不同的应用。

主动降噪耳机会耳朵有害吗？

主动降噪不仅不会对耳朵造成伤害，通过滤除噪音还能让用户以更小的音量听清音乐，因此是有益的。对耳鸣患者，降噪耳机可能有助控制症状。我们不排除会有人因为使用耳机出现头晕或头痛现象，这可以通过尝试调低ANC强度来改善。当然，长时间佩戴耳机本身就不是件值得提倡的事。

在户外使用主动降噪耳机要注意什么？

出门戴耳机，已经成为许多人的“第二天性”，但这样做确实有可能妨碍我们识别潜在的危险。如果你在交通繁忙的区域跑步，那么建议打开通透模式，或者避免佩戴耳机。

在美国，诸如Audio Analytic之类的科技公司正在开发ai3这样的声音识别软件，它们将被嵌入到耳机等音频设备中。即使佩戴了主动降噪耳机，当某些声音，如汽车喇叭、警报等响起时，软件识别后会做出提示。不过这项研究还有待于投入实际应用。

除了耳机，主动降噪技术还有哪些应用

新能源车异军突起，令车载音响进入新阶段。可以看到越来越多车厂强调Dolby Atmos或沉浸式音效。这个时候，对汽车座舱的三维空间进行主动降噪处理，会有助于音效的提升。车辆行驶过程中，既有发动机噪音、胎噪，还有风噪和外界环境形成的噪音，通过噪音采集、频谱分析，形成反相消噪，同样是主动降噪技术在更大范畴内的应用。

消费电子层面，吸尘器、搅拌机、咖啡机(磨豆机)，都会产生各种噪音，如何利用ANC技术实现降噪也是个可以展望的发展空间。