在100 Hz 至10 kHz 的范圍內(nèi)骨導(dǎo)傳聲的極限基本在50 dB 至70 dB 之間，這些研究同時(shí)也表明，為提高耳機(jī)的降噪量，可使用組合降噪的方法。但無(wú)論采用何種方式，均無(wú)法突破耳機(jī)降噪性能極限。北京時(shí)間10月29日凌晨，蘋果公司正式發(fā)布AirPods Pro耳機(jī)，售價(jià)1999元（美國(guó)售價(jià)249美元），將在10月30日正式上市。用戶千呼萬(wàn)喚的主動(dòng)降噪功能，終于在Pro版產(chǎn)品中支持，此外，AirPods Pro還支持自適應(yīng)均衡功能，能夠根據(jù)用戶個(gè)人的耳形來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)音樂(lè)的頻率響應(yīng)，從而提供更佳的音質(zhì)。AirPods備受詬病的音質(zhì)問(wèn)題，有望在這一代得到解決。

從蘋果官網(wǎng)公布的信息來(lái)看，AirPods Pro仍然采用第二代AirPods的H1芯片，所以主動(dòng)降噪功能在H1芯片上已經(jīng)具備，只是在AirPods Pro才真正推出來(lái)。

AirPods Pro 的主動(dòng)降噪功能利用兩個(gè)麥克風(fēng)結(jié)合內(nèi)置軟件，根據(jù)個(gè)人的耳形及耳機(jī)的佩戴貼合度持續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一個(gè)麥克風(fēng)采用外向式設(shè)計(jì)，會(huì)檢測(cè)外部聲波并分析環(huán)境噪音，AirPods Pro根據(jù)環(huán)境噪聲生成相應(yīng)的抗噪聲波，以降低外部環(huán)境噪聲。

第二個(gè)麥克風(fēng)為內(nèi)向式設(shè)計(jì)，會(huì)檢測(cè)耳內(nèi)是否有多余的聲音，也用抗造聲波將其抵消。降噪功能會(huì)以每秒 200 次的頻率持續(xù)調(diào)節(jié)聲音信號(hào)。

各種機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)和使用，給人類帶來(lái)了繁榮和進(jìn)步，但同時(shí)也產(chǎn)生了越來(lái)越多的環(huán)境噪聲。消除或者降低噪聲通常采用三種降噪措施，即在聲源處降噪、在傳播過(guò)程中降噪和在人耳處降噪；但是這幾種方式都是被動(dòng)的，實(shí)際使用過(guò)程中往往呈現(xiàn)出低頻降噪效果差等缺點(diǎn)。為了主動(dòng)地消除噪聲，人們發(fā)明了“有源消聲”這一技術(shù)，也就是主動(dòng)降噪技術(shù)。主動(dòng)降噪技術(shù)在耳機(jī)類與汽車產(chǎn)品上應(yīng)用最為廣泛。它的發(fā)展歷史也很長(zhǎng)。

主動(dòng)降噪技術(shù)

早在1936 年，德國(guó)物理學(xué)家Lueg 首先提出有源噪聲控制即主動(dòng)降噪的概念，利用聲波相消性干涉原理降噪，并申請(qǐng)了專利。1953 年Olson 發(fā)表了關(guān)于有源噪聲控制的文章。文中把有源噪聲控制系統(tǒng)命名為電子吸聲器，利用反饋控制方法實(shí)現(xiàn)了噪聲控制，他成功制作出了實(shí)際的控制系統(tǒng)，并取得了一定的降噪效果。20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和聲學(xué)理論研究的進(jìn)步，有源噪聲控制技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。70 年代英國(guó)劍橋大學(xué)的Swinbanks、倫敦大學(xué)的Leventhall、法國(guó)的Mangiante 等分別對(duì)管道中的有源噪聲控制進(jìn)行了研究，并取得了重大的進(jìn)展。

80 年代以后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)降噪技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。英國(guó)Essex 大學(xué)開發(fā)出采用微處理器在線控制的“Essex 有源降噪系統(tǒng)”，英國(guó)劍橋大學(xué)的Ross 發(fā)表了關(guān)于寬帶有源降噪控制系統(tǒng)的專門算法，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Burgess 基于計(jì)算機(jī)仿真對(duì)用于管道降噪的自適應(yīng)噪聲控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。1992 年世界上第一部有源噪聲控制的專著在倫敦出版。

1989 年美國(guó)Bose 公司第一個(gè)生產(chǎn)出了有源降噪的產(chǎn)品，專為飛行員設(shè)計(jì)的主動(dòng)降噪耳機(jī)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)外主動(dòng)降噪耳機(jī)的研制和生產(chǎn)比較成熟，生產(chǎn)廠家也比較多，包括Bose、Sennheiser、Telex 及NCT，日本的索尼、愛華等。國(guó)內(nèi)較早的降噪耳機(jī)生產(chǎn)廠商有深圳冠旭電子有限公司、歌爾聲學(xué)股份有限公司等，隨著藍(lán)牙真無(wú)線耳機(jī)的流行，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)廠商開始提供主動(dòng)降噪功能的真無(wú)線耳機(jī)。

主動(dòng)降噪技術(shù)也存在性能極限。傳入人耳的噪聲主要有兩個(gè)途徑，分別是通過(guò)耳道中空氣傳播和通過(guò)人體組織傳播。耳機(jī)只能隔絕通過(guò)耳道內(nèi)空氣傳播的聲音，所以耳機(jī)存在一個(gè)降噪性能的極限，即骨導(dǎo)傳聲閾值。此前有大量的研究者對(duì)于骨導(dǎo)傳聲的閾值進(jìn)行了研究。

雖然以上研究測(cè)得骨導(dǎo)傳聲的極限有一定的差異，但在100 Hz 至10 kHz 的范圍內(nèi)骨導(dǎo)傳聲的極限基本在50 dB 至70 dB 之間，這些研究同時(shí)也表明，為提高耳機(jī)的降噪量，可使用組合降噪的方法。但無(wú)論采用何種方式，均無(wú)法突破耳機(jī)降噪性能極限。

多組實(shí)驗(yàn)獲得的耳機(jī)降噪性能極限

來(lái)源：《主動(dòng)降噪技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)》

實(shí)際上，從耳機(jī)設(shè)備來(lái)看，目前消費(fèi)級(jí)耳機(jī)的降噪效果最好也達(dá)不到30dB。

主流降噪耳機(jī)降噪效果

資料來(lái)源：知乎

主動(dòng)降噪芯片

從目前的信息來(lái)看，蘋果的主動(dòng)降噪功能由自家芯片H1來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，索尼和華為的最新藍(lán)牙無(wú)線耳機(jī)，也多采用自家芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪。索尼的WF-1000XM3耳機(jī)采用了自家芯片QN1e來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪，QN1e是上一代主動(dòng)降噪芯片QN1的低功耗版，WF-1000XM3是目前在RATINGS網(wǎng)站測(cè)試降噪效果最好的耳機(jī)，而且續(xù)航能力高達(dá)6小時(shí)。

華為FreeBuds 3耳機(jī)也是采用自家A1芯片實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪，因?yàn)槿A為是半開放式平頭塞，由于與外部環(huán)境隔離程度一般，外部噪音能夠直達(dá)耳內(nèi)，所以降噪處理相對(duì)入耳式較難，華為官方提供的數(shù)據(jù)是可以實(shí)現(xiàn)15dB的降噪效果。

除了耳機(jī)廠商自研芯片，市場(chǎng)上主流藍(lán)牙芯片廠商幾乎都提供了具有主動(dòng)降噪功能的藍(lán)牙音頻解決方案。高通在2017年宣布推出的CSR8675，號(hào)稱是業(yè)界第一款帶主動(dòng)降噪功能的藍(lán)牙音頻SoC，降噪效果達(dá)到23dB。高通最新款支持降噪功能的藍(lán)牙音頻SoC為QCC5100，據(jù)說(shuō)降噪效果為25dB。

Dialog半導(dǎo)體在2019年5月宣布推出DA740x系列藍(lán)牙音頻SoC，最高支持35dB降噪效果，播放動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)115dB，而錄音動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)103dB。

另一家歐洲廠商艾邁斯半導(dǎo)體2019年推出的AS3460系列芯片，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)耳塞在用戶耳內(nèi)的位置信息，從而確定聲音泄露模型，對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)半入耳式耳機(jī)的降噪功能，號(hào)稱實(shí)現(xiàn)40dB的降噪效果。

國(guó)內(nèi)的恒玄科技在2016年推出的BES1101也稱自己是全球第一顆主動(dòng)降噪功能的藍(lán)牙音頻SoC，支持前饋或反饋架構(gòu)的主動(dòng)噪聲消除電路，據(jù)恒玄稱CSR8675的主動(dòng)降噪功能并不能工作，所以BES1101才是第一款帶主動(dòng)降噪功能的SoC。

主動(dòng)降噪的缺點(diǎn)

主動(dòng)降噪可以打造更好的聽覺體驗(yàn)，但也并不是沒有缺點(diǎn)。首先，主動(dòng)降噪由于隔離了外部噪音，在室外佩戴時(shí)，容易聽不到環(huán)境聲音而產(chǎn)生危險(xiǎn)。不過(guò)，這一點(diǎn)現(xiàn)在廠商都已經(jīng)有了解決方案，那就是允許用戶按需關(guān)閉主動(dòng)降噪，如AirPods Pro就提供了通透模式（Transparent Mode），才該模式下，可以聽到外界聲音。

另一個(gè)問(wèn)題是功耗，由于主動(dòng)式降噪需要隨時(shí)檢測(cè)外部噪聲來(lái)進(jìn)行噪音消除，所以對(duì)可穿戴產(chǎn)品的功耗是巨大的挑戰(zhàn)。艾邁斯半導(dǎo)體耳機(jī)與汽車傳感器部門無(wú)線耳塞解決方案營(yíng)銷經(jīng)理 Christian Feierl曾表示，艾邁斯的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，開啟主動(dòng)降噪與實(shí)時(shí)檢測(cè)泄露功能之后，對(duì)整個(gè)播放時(shí)間影響在1個(gè)小時(shí)之內(nèi)。

第二代AirPods充滿電后的續(xù)航時(shí)間標(biāo)稱為5小時(shí)，AirPods Pro標(biāo)稱為4.5小時(shí)，只縮減了半個(gè)小時(shí)，說(shuō)明蘋果的團(tuán)隊(duì)在低功耗設(shè)計(jì)上的實(shí)力全球首屈一指。

展望

蘋果官網(wǎng)上并沒有提供具體參數(shù)，所以降噪與自均衡功能究竟如何，還要等待市場(chǎng)來(lái)檢驗(yàn)。但蘋果推出降噪功能，預(yù)示著真無(wú)線耳機(jī)競(jìng)爭(zhēng)到了第二階段。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Counterpoint Research的數(shù)據(jù)，2018年全球真無(wú)線耳機(jī)出貨量約為4600萬(wàn)部，其中AirPods出貨量約為3500萬(wàn)。預(yù)計(jì)2020年全球真無(wú)線耳機(jī)出貨量將達(dá)1.29億部。

不過(guò)，據(jù)光大證券分析，真無(wú)線耳機(jī)價(jià)格已經(jīng)下降到百元級(jí)別，ZOL網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)，100元至500元真無(wú)線耳機(jī)型號(hào)多達(dá)160余個(gè)，占總型號(hào)的比例為68%。雖然安卓耳機(jī)整體市場(chǎng)滲透率還比較低，但如果蘋果給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手增加難度，也難以長(zhǎng)期保持現(xiàn)在的市場(chǎng)地位。

現(xiàn)在增加主動(dòng)降噪與自動(dòng)均衡，既解決了用戶一致呼吁的痛點(diǎn)，又增加了競(jìng)爭(zhēng)門檻，畢竟主動(dòng)降噪與自動(dòng)均衡不是山寨廠馬上就能做好的。不過(guò)，有眾多芯片廠商加持，主動(dòng)降噪真無(wú)線耳機(jī)的生態(tài)爆發(fā)，應(yīng)該不會(huì)等太久。