“結(jié)廬在人境，而無車馬喧。”一千多年前的古人對清靜的環(huán)境便充滿了向往。時至今日，人類社會進入空前繁華的現(xiàn)代化時代，繽紛多彩的生活無可避免地被遠超“車馬喧”的各種噪音侵蝕，想要靜靜成為現(xiàn)代人們的“奢想”。隨著科技的進步，一種叫主動降噪（ANC）的技術(shù)讓這種“奢想”開始變成現(xiàn)實，并逐步應(yīng)用到了消費電子、汽車座艙、智慧家電等與人類生活密切相關(guān)的諸多領(lǐng)域。以TWS（真無線藍牙耳機）為例，主動降噪功能也已成為產(chǎn)品市場競爭的功能“剛需”。“面對下一代TWS耳機愈發(fā)強烈的主動降噪需求，上游廠商如何通過提供高性能芯片與算法解決方案，助力客戶導(dǎo)入產(chǎn)品并迅速將其推向市場，是TWS耳機‘下半場’競爭搶占市場先機的關(guān)鍵。”ADI中國事業(yè)部工業(yè)醫(yī)療消費類產(chǎn)品市場經(jīng)理Sophie在近日的采訪中表示。
ADI中國事業(yè)部工業(yè)醫(yī)療消費類產(chǎn)品市場經(jīng)理Sophie Mao
揭秘主動降噪技術(shù)的百年探索史，解碼TWS耳機的新爆點
人類與噪音的斗爭史可以追溯到原始社會，打雷時嚇得捂住耳朵算是人類最早的降噪手段了。如今，傳統(tǒng)降噪方式衍生出了很多相關(guān)產(chǎn)品，例如耳塞、隔音棉、隔音板等，均是通過包圍耳朵形成封閉空間，或者采用硅膠耳塞等隔音材料來阻擋外界噪聲的被動降噪，對高頻噪聲能起到很好的抑制作用，但對低頻噪聲卻無能為力，也無法從根本上解決噪聲。
主動降噪ANC則是通過偵聽背景噪聲，利用芯片與算法模型計算噪聲聲波并生成反相聲波，利用聲波疊加抵消原理達到降噪效果。縱觀其發(fā)展歷史，20世紀(jì)初聲學(xué)專家們開始考慮從噪音的本身入手從而達到減弱噪音的目的，最早在1933 年，德國物理學(xué)家 Paul Lueg提出有源噪聲控制即主動降噪的概念，利用聲波相消性干涉原理降噪。1978年，Bose的創(chuàng)始人Amar G. Bose博士在從歐洲飛往波士頓的飛機上，發(fā)現(xiàn)飛機引擎的噪音干擾了他戴耳機欣賞音樂的興致，在下飛機之后就開始推導(dǎo)驗算寫出了降噪耳機最原始的方程式。
到上個世紀(jì)90年代，ADI fellow、美國工程院院士Bob Adam發(fā)明和開發(fā)了全球第一片單片Σ-Δ音頻ADC，使得Bose面向普通消費者的降噪耳機QuietComfort成為可能。進入21世紀(jì)，ADI fellow Khiem Nguyen發(fā)明和推動了低延時、低功耗音頻編解碼器信號鏈的產(chǎn)生，使得Bose工程師們在降噪耳機QuietComfort的基礎(chǔ)上推出小型化降噪耳機QC20，自此掀起了耳機行業(yè)“革命”的浪潮。“過去三十年來ADI一直與業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)合作，處于ANC領(lǐng)域的全球前沿，積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗。”Sophie指出，“因此，無論是早期推出的可編程低延時音頻處理引擎ADAU1772還是2017年及2019年先后推出的ADAU1777和ADAU1787，到我們最新推出的ADAU1860，綜合性能一直處于當(dāng)年業(yè)界領(lǐng)先地位。”
由ADI中國事業(yè)部研發(fā)的ADAU1860/ ADAU1850發(fā)布
新一代低功耗ANC芯片發(fā)布，多點關(guān)鍵性性能再升級
據(jù)Sophie介紹，當(dāng)前數(shù)字主動降噪是業(yè)界廣泛采用的技術(shù)，無論是前饋式、反饋式以及兩者結(jié)合的混合式（Hybrid），都是基于麥克風(fēng)的噪聲采集--DSP/MCU處理，再輸出反相聲波進行降噪。“無論是ADC/DAC還是DSP，ADI都是業(yè)界公認具有領(lǐng)先技術(shù)的企業(yè)，因此我們在ANC技術(shù)領(lǐng)域具有天然的領(lǐng)先基因。”Sophie指出，“而DSP相較于固化軟件的arm處理器具有極大的設(shè)計靈活性和優(yōu)化能力--你可以單獨調(diào)整濾波器，也可以根據(jù)不同需求定制軟件。”
ADAU1860是ADI推出的新一代低功耗主動降噪芯片，主要由三個部分組成：第一部分是ADC，將外界的音源采集進來，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；中間部分是兩顆非常強大的DSP，一顆是 HiFi-3z DSP，主要實現(xiàn)音頻場景的識別，例如上行降噪、語音喚醒。另一顆則是Fast DSP，擴展到了96位指令集，在完成ANC的一套濾波器算法外可以實現(xiàn)對底噪的抑制，對EQ的調(diào)整等更多功能；第三部分則是高性能的DAC，供電上1.2V與1.8V的雙電源軌設(shè)置，可以根據(jù)客戶不同的使用場景，進一步優(yōu)化功耗。
而Sophie提到的基于arm內(nèi)核MCU方案是業(yè)界ANC方案中采用較多的一種集成化SoC系統(tǒng)方案，通常將藍牙與ANC功能實現(xiàn)單芯片集成。“ADI主動降噪方案采用藍牙和ANC CODEC分離的數(shù)字處理電路、混合式降噪方案，這種天然隔離的方法相比SoC的方案，降低了藍牙收發(fā)帶來的噪聲干擾，為客戶帶去更好的音質(zhì)體驗。”Sophie補充道，“耳機最本質(zhì)功能是確保音頻品質(zhì)，好的方案需要確保用戶享受音樂的聽感體驗，這部分是由模擬技術(shù)來決定的。”
分離方案 VS SOC 方案
ADI利用ADC、DAC和DSP組合設(shè)計，在保障信號質(zhì)量的同時表現(xiàn)出了強大的信號處理能力，同時彰顯了其在芯片小封裝與低功耗上的深厚功力。針對TWS耳機市場有分化成基本功能型與擴展型的兩大發(fā)展趨勢，ADI同期推出了功能型產(chǎn)品ADAU1860和簡化版本ADAU1850，兩款產(chǎn)品主要的區(qū)別是后者減少了Hifi-3Z DSP,僅保留Fast DSP。“盡管減少了ADAU1860的音頻場景識別，但同樣可以幫助客戶在ANC上達到非常高的水平，完成產(chǎn)品升級換代的訴求。” Sophie強調(diào)道。
一款出色的TWS耳機需要佩戴舒適以及長時間使用并無差別適合各種生活場景，因此從聲學(xué)設(shè)計到被動降噪與主動降噪綜合平衡，都是需要廠家在設(shè)計耳機時考慮的要點。“ADI新一代主動降噪芯片可以提供適用于許多音頻和語音應(yīng)用的可靠數(shù)字信號處理解決方案，包括語音增強、降噪、回聲消除、電平控制、聲音反饋抑制、麥克風(fēng)陣列和有源噪聲/振動控制，這些都可以讓客戶為耳機創(chuàng)建一些獨有的特性和賣點。”Sophie補充道。
本土研發(fā)優(yōu)勢+全生態(tài)支持，ADI助推ANC加速市場滲透
據(jù)Sophie介紹，此次新品也是ADI中國團隊完全本土自主研發(fā)設(shè)計的產(chǎn)品，背后透露了三個方面綜合考慮：
首先在硬件層面上，ADI中國研發(fā)團隊充分融合了本地客戶的產(chǎn)品設(shè)計和市場需求，無論是本地消費類的大客戶、小客戶還是中型客戶，都盡量能夠貼近他們的硬件需求；
其次在軟件和支持層面，ADI的軟件開發(fā)工具與部分算法，都是由本地來實現(xiàn)的，因此可以在很短的時間內(nèi)就可以幫助客戶使用ADI的開發(fā)工具設(shè)計出更好的產(chǎn)品；
最后一點在供應(yīng)鏈上，ADI會更多地采用本土的供應(yīng)商，讓客戶有了更多的選項，以滿足不同的訴求。
“ADI免費的音頻處理器編程、開發(fā)和調(diào)試軟件Lark Studio工具，提供多種集成至直觀的圖形用戶界面（GUI）的信號處理算法，從而能夠創(chuàng)建復(fù)雜的音頻信號流，對于不懂編程但精通聲學(xué)的客戶群體來說，他們也可以使用該軟件輕松完成任務(wù)。” Sophie指出，“Lark Studio也是很好的在線實時調(diào)音平臺，我們所有的客戶都是基于Lark Studio來做前期開發(fā)，包括完成原型設(shè)計。”
雖然現(xiàn)階段的TWS耳機市場火爆依舊，但其中增長的很大一部分仍然是沒有ANC功能的TWS耳機，原因是ANC在開發(fā)和在生產(chǎn)環(huán)節(jié)還是有非常多技術(shù)上的門檻。為幫助更中小企業(yè)順利導(dǎo)入ANC方案，ADI除了持續(xù)創(chuàng)新不斷推出性能更優(yōu)的產(chǎn)品方案，更在推出硬件參考設(shè)計之余加強軟件參考引導(dǎo)，讓客戶的設(shè)計和量產(chǎn)更容易。此外，ADI還與生產(chǎn)校準(zhǔn)設(shè)備廠商合作，直接將ADI整套校準(zhǔn)程序集合于其中，降低客戶生產(chǎn)校準(zhǔn)的技術(shù)門檻。“ADI會跟廣大廠家合作，幫助他們將有ANC需求的客戶做轉(zhuǎn)化，共同推動ANC功能在TWS耳機中的普及。相信有了ANC技術(shù)加持，TWS耳機在將來不僅是一個提升生活品質(zhì)的配件，也會是不可或缺的移動互聯(lián)網(wǎng)入口之一。”Sophie總結(jié)道。