更舒適無感,科學家想打造不用戴耳機的「降噪耳機」

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 26 日 0:00 | 分類 周邊 , 科技生活 , 科技趣聞 Telegram share ! follow us in feedly


近年來,降噪耳機走入許多人的生活;但最佳化用戶體驗的問題一直都需要新思考。

具體來說,我們平時用的降噪耳機按照原理主要分為兩種:一種是被動降噪(Passive Noise-Cancelling)耳機,另一種是主動降噪(Active Noise-Cancelling )耳機。

被動降噪耳機,即透過耳機隔音材料或特殊結構盡量隔絕噪音,主要是入耳式耳塞和全罩耳式耳機,長期佩戴的話會使耳朵脹疼,過大聲壓甚至還會影響聽力。

主動降噪耳機,即在耳機內設置專門降噪電路。一般透過音頻接收器(如微型麥克風)和抗噪音輸出晶片,接收、分析外界噪音的頻率並產生相反頻率,相互減弱或抵消,達到隔絕噪音的目的。

但事實上,無論哪種降噪耳機,用戶佩戴時間過長都會影響使用體驗,尤其於需要降噪的環境睡覺時。

長期以來,雪梨科技大學音頻、聲學和振動中心的研究人員一直都在研究新型虛擬噪音消除系統,系統可將主動降噪部件從個人音頻設備轉移到椅子頭枕。

主動降噪技術起源可追溯到 1930 年代。當時美國授予第一項相關專利,透過反轉聲音的極性並播放來消除噪音。1989 年,主動降噪耳機第一個工作原型由航空業發表。1991 年,主動降噪技術用於封閉空間的噪音控制,搭載於日產汽車藍鳥的硬頂車型。

儘管主動降噪技術發展近 100 年時間積累,但不同於主動降噪耳機,主動降噪頭枕的噪音消除系統多年來幾乎沒有進展。

參與研究的 Tong Xiao 透露一些原因。

現有的主動降噪頭枕使用的麥克風安置在用戶頭部周圍,以採樣用戶能聽到的聲音。這些設備最適合處理高達1kHz 的低頻噪音。然而耳機耳罩和隔音材料的被動降噪效果,就可有效減少高頻噪音,包括 4~6kHz 的人類聲音。這正是主動降噪頭枕缺乏的。

為了解決這問題,研究團隊需要搭建同時處理高頻噪音和低頻噪音的主動降噪系統。

因此,他們基於雷射都卜勒振動儀(LDV)設計出遠端聲學感測系統,可測量大範圍內的非接觸式振動。他們在耳朵內放置一層珠寶大小的反射膜,當作 LDV 的拾音器。

據 Tong Xiao 透露,測試成功了,能有效消除 6kHz 噪音,衰減效果到 10~20 分貝。

研究人員在三種有典型噪音環境測試──坐飛機時、飛機從頭頂飛過時,人們說話時。Tong Xiao 表示,系統性能接近主動降噪耳機,有寬頻率回應,但不需要笨重的耳機或其他設備。他說:

我們稱之為「主動降噪虛擬耳機」。

▲左為兩個輔助揚聲器放置在頭部和軀幹模擬器(帽子)後面,用於聲音控制。多台主擴音器任意放置,以模擬不同方向的噪音。雷射都卜勒測振儀(LDV)發出的探測雷射光束對準耳膜。右為一層反射膜放在靠近帽子左合成耳道的耳道處。LDV 可遠端測量膜表面的振動頻率,為主動降噪控制器發送訊號。(Source:Neture scientific reports

這些「虛擬耳機」於模擬器設備運行,以記錄測量結果。不過,目前已有人類受試者進行初步測試。Tong Xiao 說:

這樣配置簡單又有效,目前最大限制就是成本高昂。因系統所需的 LDV 是精密的科學儀器,價格並不便宜。

當然,系統還有其他方面待解決,比如反射膜放在人耳哪個地方更合適、如何做到更高程度的主動降噪效果等。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Unsplash