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大年三十，小姑带着她的儿子、女儿准时出往常我家里。男孩七八岁大，沉浸 iPad，看动画；女孩三岁左右，肉体充沛，喜欢上蹿下跳。此刻，他们都在做着自己擅长的事情——滋哇乱叫。 幸而，我还存有一丝苏醒，把降噪耳机从包里翻了出来，放一首金属乐再把音量拉到8格。 手机提示我“耳机音量大”，无所谓了，世界终于“宁静”。错误，为什么我还能听到妹妹的尖叫声？降噪耳机在“隔绝”外部声音时，还会区别看待吗？ 不怪妹妹，错的是降噪耳机 我借了几个发小的降噪耳机，出门准备试一试。大年三十，小区周边马路上的行车未几，一条路上只需两家店铺还在“叫卖”。 我用 Apple Watch“噪音”功用，测试交通噪音在 65-67 之间，短暂的鸣笛将分贝拉到 70 以上。Bose QuietControl 30（入耳式）降噪级别开到最大后，明显过滤掉发起机声音，留下更多车轮和地表之间尖、涩的摩擦声。 先要搞分明降噪耳机的原理。中心是“主动降噪”（ANC，Active noise Cancellation）技术。经过耳机上配备的麦克风，搜集外界声音，再经过降噪芯片生成与之波形相同、相位相差 180 度（也就是相反）的反向声波，两波相消，完成降噪目的。
主动降噪原理丨图片来源物理书 这一技术曾经展开了半个世纪。20 世纪 50 年代，就有博士递交关于主动降噪的专利。70、80 年代，Bose 和森海塞尔都在研讨给飞行员制造特地的降噪耳机。 人耳能听到的频率介于 20Hz-20000Hz 之间。其中，30－150Hz 为低频段，150－500Hz 为中低频段，500－5KHz 为中高频段，5K-16KHz 高频段，5K-20KHz 极高频段。 人声的频率范围是 100Hz 到 8000Hz，绝大部分处于中高频声音。 直升机噪音在频率 250Hz 以下的音量较大，频率超越 250Hz 时，音量有明显降落趋向。大部分低频噪音散布在 10-40Hz 之间，飞机环境中的声音规律，风扇、熄灭室、涡轮、喷流噪声这几类，都属于低频、中低频噪音。所以这是为什么，主动降噪耳机先从这一范畴应用起来。 依据测评社区 Woodenear 对 AirPods Pro 2 的降噪才干测试，当 ANC 翻开，在中低频段最多能够降掉近 45dB。随着声音频率越高，降噪才干明显削弱。即便今天主流的降噪耳机，在中低频，和高频的表示差距仍旧明显。
绿线为降噪开启时，蓝线为降噪关闭时丨图片来源 Woodenear 合理我沉浸时，两个小男孩在我脚下“摔了一炮”，在宁静的声音环境里，这一声显得猝不迭防。我要挟着从他们手里抢来两个，跑到没人的中央做了个实验。 我把摔炮的声音录了下来，用声音软件剖析。发现摔炮声集中在在 1KHz-10KHz 之间（中高频），动摇更为猛烈。怪不得，依据我的实践听感，摔炮声在降噪耳机里反而被“凸显”出来。
摔炮声音的频段剖析丨图片来源作者 好了，我知道了，再碰到“熊孩子”，我还不如捂耳朵。 主动降噪用“反弹”，被动降噪靠“捂” “捂耳朵”其实是一种被动降噪（Passive Noise Canceling，PNC）方式，就是物理上把人耳和外部噪音隔绝开。说白了，降噪耳机没开主动降噪时，就起到被动降噪的作用。 我站在“蜜雪冰城”旁边，戴上索尼 WH-1000XM5（包头式）。感受被动降噪的效果，更像是“蒙了一层”的整体降噪，汽车行驶，临街音乐都有一定水平公开降，但听得依然分明。远方传来的音乐声，由于耳朵一被“罩”，简直被隔绝没了。 被动降噪效果很大水平上取决于产品形态。 包耳式头戴耳机，是经过“包裹”耳朵的方式隔绝噪音，入耳式则是经过硅胶、海绵等材质制造的耳套填充耳道。平头塞就不如入耳式降噪力强。专业的 PNC 隔音耳机，能够把中高频率的噪音依据不同频段，阻挠约 10-40 dB。 当然也与噪音频段有关。 低频和高频噪音的一个差别在于，它们能否会随着传播而衰减。高频声音穿透力差，距离一远，遇到障碍物就会明显衰减。所以物理上的“隔绝”就很有效。低频声音传播距离远，穿透力强。主动降噪的方式更好来“抵消”。 以前戴着传统的平头塞耳机（没有主动降噪功用），坐地铁，恨不得把音量调满格。这样长期听力会受损。
长期处于高分贝环境对人体伤害丨图片来源中华预防医学会 据科学研讨，听觉细胞受损的一个阈值是：连续 8 小时接触 85 分贝。因而最近几年，主动降噪技术有取代之势。 降噪耳机，麦克风+芯片+算法 假如你也是降噪耳机的“重度用户”，或许记得早几年的降噪耳机响应慢、有底噪、抗风噪才干差、戴上瞬间还有激烈负压等不适体验。 麦克风的“朝向”影响很大。前馈式内部结构相对简单，将收音麦克风放在耳机外侧，侦测周围的声音环境。再将信号传给处置器处置，扬声器发出反向声波，“中和”噪音。 反响式是将麦克风放到耳机内侧，扬声器左近，愈加接近人耳所能听到的声音。弊病是，同时将与噪音相似的音乐声音当做噪音处置。 当两种单馈式降噪方式都有缺陷，混合式就将耳机外部和扬声器左近都放置麦克风。这也是往常大厂旗舰款采用的方式。好比索尼 WH-1000XM5，（单侧）搭载了 4 颗麦克风。外部的 3 颗麦克风将环境噪音，先处置，抵消噪音。1 颗内反响麦克风检测耳道左近的剩余噪音，再中止一次降噪。 受限于可穿戴设备的外形体积限制。类比智能手机发力“计算摄影”，降噪耳机也在提升芯片算力，和软件算法，在内部空间有限的前提下，完成降噪才干和音质的迭代。国内就有厂商会预设不同降噪方式，依据环境来自动切换。研制算法能依据风噪检测结果，调控 ANC 控制器参数，优化风噪声泄露。 AirPods Pro2 在内外各配置了一颗收音麦克风。由于 H2 的芯片才干，AirPods Pro2 的降噪深度比第一代高出一倍，但“压耳感”并没有令人不适。H2 芯片以及优化之后的声学算法给了一个适合的降噪环境，抵达降噪深度与温馨性的均衡。 但在“暴力级”分贝当前，这都没用。
烟花丨图片来源作者 依据美国言语和听力协会（ASHA）对日常生活中常见声源的音量水平，一米内的烟花爆竹声音强度可达 150 分贝。 我在大街子里，偶遇一家人放红挂鞭炮。隔了差未几 5 米，经过 AirPods Pro 2 的降噪后，Apple Watch 检测依旧高达 81 分贝，属于“需求马上逃离现场”的噪音水平。
红挂鞭炮的频段剖析丨图片@ Jimmy Ng HK Chinese New Year 2012 - Day 2 - firecrackers 由于逃得太快，我没录下来。后来从网上找了一段网友录下的视频，做了剖析。能够看出“红挂鞭炮”声音集中在 500 Hz - 7500 Hz（属于中高频）之间密集动摇。 有“硬伤” 为什么芯片的处置才干在提升，还是处置不了“高频 bug”？ Woodenear 测试了 AirPods Pro2 的通透方式（又称透传方式），通透方式的原理即是经麦克风采集外部声音后，在耳机内回放，能侧面看出降噪耳机麦克风的采集才干。 我们看到在中低频段，透传方式后的声压（声波经过媒质时，由振动所产生的压强改动量）简直无变更。而在 2KHz 开端呈现颤动，到 5KHz 猛烈颤动。证明没法很好地采集中高频段。
AirPods Pro2 透传方式剖析丨图片来源Woodenear 也就是说，即便 AirPods Pro2 所搭载的 H2 芯片，每秒可中止 48000 次噪音处置。即便芯片才干够了，但“硬伤”出往常麦克风上，在采集高频段就失真了。 包含 AirPods Pro 在内，许多中高端降噪耳机都会运用 MEMS 麦克风。由于可穿戴设备的应用需求驱动，MEMS 麦克风封装尺寸越来越小，但太小的封装尺寸将带来性能及牢靠性的降落。一家 MEMS 麦克风供给商（英飞凌 XENSIV MEMS）提供的数据，这类麦克风在低频响应十分平整，但到高频浮动明显上升。
低频响应十分平整，但到高频浮动明显上升丨图片来源英飞凌 就算运用配备 1/2 英寸（振膜面积）麦克风的人工耳，精度和灵活度依旧有限。LEC（国际电工协会）对人工耳的声阻抗特性也只规范到了 100Hz- 10000Hz。相比之下，AirPods 的长宽高 3*2*0.98 毫米，体积缺乏米粒大小。 接近晚上，外面放鞭炮的多了起来。调皮孩子的摔炮，混合着英勇青年的二踢脚，时不时还有窜天猴，和烟花上天。
窜天猴在中高频、高频声段密集丨图片来源作者 假如你在放炮现场，降噪耳机也只能帮你过滤掉少量“轰隆”声，对“咻～咻～”和“痛快的噼里啪啦”的尖刺噪声于事无补。当然，关于二踢脚这种“级别”的炮仗，即便声音集中在中低频，我带上降噪耳机，依旧“肝颤儿”。
二踢脚在中低频，中频音量比较大丨图片来源作者 假如你跟我一样正在逃离鞭炮现场，我更倡议你，彻底堵住耳朵来维护听力。
Apple Watch 噪声检测丨图片来源作者 回到家，隔壁小区的烟花，经过物理上的层层削弱，传到耳朵里中低频声波居多，这时分带上降噪耳机，听到的鞭炮声和空调外机差未几。 但也挡不住一句，“姐姐，你终于回来了～”这一声，异常响亮。 参考文献 [1] https://techteller.com/sci/anc/ [2] https://www.headphonesty.com/2022/11/active-noise-cancellation/ 作者：糕级冻雾 编辑：沈知涵
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