AS3415單芯片主動降噪方案應用研究　

　　由于聲音的傳播速度及耳機的聲學特性等因素的影響，使得ANC耳機的運作有特定的頻率范圍，ANC濾波器的設計需要實現幅值和相位的共同匹配。由于更高頻率下的相位幾乎旋轉了180度，設計出的濾波器很有可能與頻率幅值匹配，而不與相位匹配，通常可以做到1 kHz頻率以下的濾波器匹配，故更高頻的部分需要盡可能地衰減。根據上述第2節中獲得的三組數據，由，可以計算出待設計濾波器的頻率特性如圖6、圖7所示。

　　將計算得到的濾波器幅頻特性和相頻特性用excel表格導出，以備導入上位機軟件進行電路仿真。需要注意的是，要想順利導入上位機軟件，excel文件必須以特定的格式保存，幅頻特性和相頻特性的存儲格式如圖8所示。

3.2 濾波器電路仿真

　　在計算出待設計濾波器的頻率特性后，需要設計出具體的電路拓撲去逼近測量得到的濾波器幅頻特性和相頻特性。使用AS34X5 Evaluation Software USBHID 上位機可以方便地仿真設計電路拓撲。該軟件可以導入包含濾波器頻率特性的excel表格，同時可選擇多種拓撲結構，包括陷波濾波器、高通濾波器、低架(low shelf)濾波器、高架(high pass)濾波器、帶通濾波器和一階/二階低通濾波器。經過仿真整定，得到濾波器計算仿真波形與實際測量波形如圖9所示。

　　在圖9中的相位頻率特性曲線部分，存在偏置(offset)調整框。該調整框可以選擇將電路仿真計算(Calculated)得到的相頻特性曲線上移或下移 的整數倍。這樣做的目的是為了方便仿真計算(Calculated)和實際測量(Measured)得到的相頻特性曲線更加吻合。如果偏置量是180°的偶數倍，則不需要特別處理;如果偏置量是180°的奇數倍，則需要將揚聲器反接來補償180°相位。

　　圖9表明濾波器計算仿真波形與實際測量波形相比，幅值和相位在700 Hz以下吻合度較好。理論上最終的降噪效果也主要體現在700 Hz以下。

4 降噪性能測試與分析

　　待仿真波形與實際測量波形基本吻合后，可以導出濾波器物料清單，將對應的元件焊接到AS3415演示板上進行ANC降噪性能測試。演示板使用IIC接口與上位機通信，通過配置相關寄存器，操作麥克風前置放大器、運算放大器等模塊與ANC反饋濾波器網絡拓撲相互結合實現降噪目的。

　　值得注意的是AS3415內部運算放大器1(OP1)為反相輸入，故輸出信號相位應增加180°。這是基于AS3415的ANC降噪耳機能夠正常工作的關鍵一步，可以通過耳機揚聲器反接實現相位增加180°的效果。

　　將設計濾波器的元件清單導出，焊接到AS3415演示板上，連接待降噪耳機進行降噪性能測試。AS3415模擬降噪方案裝置實物圖和降噪曲線分別如圖10、圖11所示。

　　從圖11中可以觀察到在700 Hz以下頻率范圍，AS3415主動降噪芯片明顯起到了降噪作用，100 Hz附近降噪效果達到10dB,這與圖9中的仿真整定結果一致。

5 結論

　　本文系統地介紹了AS3415主動降噪芯片的使用方法。分析了該芯片的硬件結構，詳細描述了耳機聲學性能測試方案，介紹了AS3415評估軟件在降噪濾波器電路設計上的應用，最后以AS3415演示板和普通頭戴式耳機為實驗平臺進行實際降噪性能測試。實驗結果驗證了本文所述AS3415應用方案的有效性。

　　由于實驗平臺沒有經過特殊的聲學結構設計且不具備消聲室等實驗條件進行準確的聲學指標測量，故實驗最終呈現的降噪效果有限。針對這一不足，下一步將對頭戴式耳機進行聲學結構優化，引入消聲室等專業測試設備，以提高耳機降噪效果。

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　　本文來源于《電子產品世界》2018年第3期第37頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。