ANC主动降噪应用方案

ANC(Active Noise Cancellation) 主动降噪是一种降低人耳听到环境噪声的电子声学技术。通过降噪MIC捕捉背景噪声，ANC芯片产生消噪声源(Anti-noise, 跟背景噪声幅度相同，相位相反) 。消噪声源通过耳机喇叭放出，跟背景噪声同时到达人耳。消噪声源与背景噪声声波叠加起来，互相抵消，降低人耳听到的背景噪声。

完成主动降噪，有两个必要的条件：

1. 消噪声源与背景噪声幅度相同。
2. 消噪声源与背景噪声相位相差180度。

ANC最有效的是针对低频段100–1KHz的声学区间。如果声学模具较佳，ANC能抵消到更高的频率区间。然而高频噪声大多会被耳机的被动降噪消除(耳机塞入耳朵造成的噪声降低)。被动降噪对于低频噪声没有太多的降噪作用。主动降噪与被动降噪结合，就可以达到较佳的整体降噪效果。

已知声音在空气中的传播速度为340m/s，如果外部麦克风到扬声器的距离是3mm，那么它的传播时间为8.8us。主控需要在8.8us内产生消噪声源。整个环节会包括以下几个部分：麦克风把声音转为电信号的过程、ADC（模数转换）、ANC算法运算、DAC（数模转换）、PA(功率放大器)、扬声器。

主动降噪一般实现降噪深度-20dB到 -30dB。即背景噪声减少到原来的1/10到1/32。

前馈主动降噪，用于降噪麦克风放在耳机外侧。外侧的降噪MIC采集环境噪声，电信号通过ADC采集。经过ANC芯片处理后，DAC推动喇叭产生消噪声源。ANC芯片需要在噪声到达耳膜之前，产生幅度相同，相位相反的抵消波，达到降噪的效果。

Good:

• 较宽频带的降噪。
• 不影响音乐播放的频响特性。

Bad：

• 容易受到风噪影响。
• 对噪声的方向比较敏感。
• 对耳机的磨损比较敏感。

后馈主动降噪，用于降噪麦克风放在喇叭旁边。内部的降噪MIC采集环境噪声，电信号通过ADC采集。经过ANC芯片处理后，DAC推动喇叭产生消噪声源。FBMIC 采集到穿过耳机到达耳膜的噪声，ANC芯片马上产生一个跟该噪声幅度相同，相位相反的抵消波，达到降噪的效果。由于FB MIC采集到的噪声都是滞后的，所以会造成FB的降噪频带较窄。

Good:

• 不容易受风噪影响。
• 对噪声方向性不明感。
• 对耳机磨损不明感。

Bad：

• 有稳定性风险。
• 低频端降噪效果不佳。
• FB降噪频带相对FF降噪来说会窄。

混合降噪就是同时使用前馈与后馈降噪。有耳机外侧的降噪MIC与喇叭旁边的降噪MIC。芯片同时采集两颗MIC的电信号。经过ANC芯片处理后，DAC推动喇叭产生消噪声源。一般是主调FF模式，FB模式作为降噪深度的补充。

Good：

• 综合前馈与后馈的好处。能得到更好的降噪宽度与深度。

Bad：

• 成本比较高，需要2颗MIC。
• 功耗也需要增加。主控需要2路ADC同时采集信号。

• 运动款挂脖耳机 –> 前馈FF 或者 混合模式Hybrid
• 头戴式耳机 → 后馈FB 或者 混合模式Hybrid
• TWS入耳耳机 → 前馈FF 或者 混合模式Hybrid

模拟输入：3路MIC输入。3路均支持Single-end，Differencial输入。 ADC采样率支持384K,192K。3路MIC输入，独立模拟增益可调。ADC SNR 92dB。输入动态范围2.4Vpp。差分的抗干扰性能会比单端好。建议做面条机，MIC线较长的环境，使用差分输入。TWS MIC线较短的耳机，使用单端输入。
数字输入：2路PDM MIC输入。降噪PDM可接2个MIC，分别作为ADCL ,ADCR的数据。另外一路通话PDM接口，可作为ADCM的数据输入。 数字MIC价格比较贵，客户有需要也可以考虑使用。效果上，跟硅MIC没有太大差异。

建议都选用低压差分推动方式，效能上会比VCMBUF推动方式好50%。

FF 模式：（面条耳机使用场景）
DACL → 配MICL → FF MICL
DACR → 配MICR → FF MICR
MICM → 通话MIC
FB模式：（头戴式耳机使用场景）
DACL → 配MICL → FB MICL DACR → 配MICR → FB MICR
MICM → 通话MIC
Hybrid 模式：（TWS耳机，头戴式耳机使用场景）
DACL → 配MICL → FF MICL
DACL → 配MICR → FB MICR
MICM → 通话MIC
FF 模式：（TWS）
DACL → 配MICL → FF MICL
MICM → 通话MIC

共16段EQ（2个MIC每个8段）。设计4个滤波器，Feedforward filter（FF）、Feedback filter（FB）、FB补偿滤波器（SZ filter）、FF泄露补偿滤波器（feedback path neutralization）。下面以（6+2）的方式示例几种滤波器的搭配，实际上每个滤波器的EQ条数可以不固定，客户可以自由搭配：
FF 模式：
L channel → 6段 Feedforward filter（FF），2段 FF泄露补偿滤波器（feedback path neutralization）。或8段Feedforward filter（FF）。
R channel → 6段 Feedforward filter（FF），2段 FF泄露补偿滤波器（feedback path neutralization）。或8段Feedforward filter（FF）。
FB 模式:
L channel → 6段 Feedback filter（FB），2段 FB补偿滤波器（SZ filter）。
R channel → 6段 Feedback filter（FB），2段 FB补偿滤波器（SZ filter）。
Hybrid 模式：
6段 Feedforward filter（FF），2段 FBPN filter（feedback path neutralization）。6段 Feedback filter（FB），2段 SZ filter。

MIC模拟增益：配置工具MIC0 对应MICL MIC。 MIC1对应MICR MIC。典型值4/5。约为15/18dB。

调节数字增益： ANC 滤波器设计工具 Equalizer。右边的值。数字增益会跟滤波器参数一同写入到EQ文件。

DAC模拟增益： 配置工具

典型值 -3dB。对应差分输出 -7dBV。

FB 补偿滤波器设计框图。