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2020年12月1日 星期二

主動式降噪技術介紹

主動式降噪技術緣起自1950年代,在當時 Dr. Lawrence Jerome 發明這個技術是未來了電訊通話能夠清楚應答,降噪技術是為了在當時通訊不易的環境下,讓通話能夠更容易而發明的技術。然而在1970年, Bose Corporation Dr. Amar Bose 將此技術應用於耳機,讓耳機透過 Active Noise Cancellation (ANC)技術而讓音樂更清晰,聲音更純淨。

資料來源: BOSE (史上第一支降噪耳機)

降噪耳機不是一個新概念商品,其實早在10年多前,降噪耳機的領航者Bose就推出了Bose QuietComfort 3,那時候主要都是用於頂級航班的頭等艙的試聽設備。直到2016年6月QuietComfort 35 (QC35)的首次推出開始真正進入大眾市場,2017年9月QuietComfort 35 II的迭代更新,才真正引爆了主流市場的需求。2019年還推出令人期待的新品Bose Noise Cancelling Headphones 700(Bose NC700)。

ANC降噪科普看這篇!最值得購買的降噪耳機推薦丨2020最新-TechTeller (科技說)降噪耳機的歷史演變
2019年7月Sony推出WF-1000XM3,是市面上首款搭載主動抗噪功能的真無線藍牙耳機。隨後,Apple和Master & Dynamic也分別在在同年10和11月也發表Airpods Pro及MW07 PLUS,掀起了一陣真無線藍牙耳機的降噪風潮,越來越多廠牌開始替自家產品添加主動降噪的功能,使其擁護者們能夠安靜聆聽音樂、不受外界干擾的聽眾。

降噪的原理
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降噪耳機的原理:三個裝置(拾音器、降噪晶片、喇叭)的協同產生的。

麥克風(拾音器)
麥克風通常會置於耳罩的內側或外側,負責去聆聽與偵測無法用物理結構隔絕的外部聲音。

降噪處理器(降噪器)
降噪處理器 (簡稱:降噪器),會偵測從麥克風的聲音輸入,然後描繪出噪音的形態,像是頻段、聲波振幅。然後降噪處理器會產生與噪音對立,180°相反的反向聲波。

揚聲器(喇叭)
從降噪器製造出來的反向聲波會跟正常的音樂,一起被傳輸進入耳機的喇叭。雖然反向聲波會以破壞性的方式去消除噪音,但是不會影響正常音樂的音樂的音樂聲波,請放心。

3大降噪耳機類別

主動降噪耳機受歡迎的原因

在降噪耳機流行前,大多數的人都有在搭大眾交通工具時聽音樂的經驗,當捷運車門關閉,開始行駛後,常常伴隨著轟隆轟隆的聲音,讓我們聽不太清楚音樂,此時通常會調大音量來對抗。主動降噪耳機剛好就能減少這類低頻聲音對我們的干擾,讓我們夠享受最乾淨的聲音,細數其好處有以下幾點:

保護聽力

如上所述,當我們聽不清楚音樂時,通常會把音量調大,雖然能聽得比較清楚一點,但對聽力非常有害,而且聽力的損害是不可逆的,很難根治。因此,主動降噪耳機幫助過濾掉低頻噪音,讓我們不需要大音量就能聽到清晰的音樂,降低對耳朵的傷害。

幫助集中精神

有些人喜歡在工作時聆聽音樂,覺得這樣能夠更加專注,藉以提升效率。但環境噪音可能讓音樂變得不清晰,間接影響工作的專注度,無法再集中精神處理業務。這時候,主動降噪耳機就能過濾掉這些惱人的聲音,讓我們沈浸在自己的世界裡,專注在自己手上的事務。

主動式降噪耳機原理技術(Active Noise Cancellation, ANC)

降噪技術 Active Noise Cancellation 其原理是使用耳機上外界噪音接收器(麥克風)接收環境噪音,再利用耳機內部晶片,產生與噪音的反向聲波,抵銷或者是說中和了環境噪音,從而實現降噪的效果(請參考下圖)。


簡單說明及分析如步驟及圖例:
  • 麥克風蒐集環境噪音
  • 產品相反的環境噪音聲波
  • 相反聲波抵銷環境噪音
ANC 抗噪的機制讓人不需提高音量來蓋過外在的噪音,同時降噪功能也可以幫助使用者,在吵雜的環境下(如搭飛機或火車),享受片刻的寧靜,閱讀或睡眠。

主動式降噪技術種類

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主動降噪技術類別:前饋 vs 反饋 vs 複合式降噪
前饋式主動降噪 (Feedforward active noise canceling)

前饋式是最簡單的主動式降噪方式,如上圖,利用在耳機外部的麥克風擷取外部噪音,再透過降噪晶片產生與噪音反向的抗噪音來抵銷噪音。

前饋式主動降噪優點: 麥克風會較快擷取到外部音,使其有更多時間產生抗噪音來降低高達 1-2 KHz 的高頻噪音。

前饋式主動降噪缺點: 這樣的設計讓麥克風無法得知耳道內的聲音情況,因此無法自動校正,也因為這樣,使得耳機完成降噪處理後,即認定該波段工作結束,無法持續優化降噪效果。 如果配戴時未戴佩正確位置,或是角度不對,會讓異音進入耳道,這樣的前饋式降噪耳機是無法達好的降噪效果,也有可能會放大某些頻段的雜音。

反饋式主動降噪(Feedback ANC)

反饋式主動降噪的麥克風介於耳罩內部,也就是驅動單體前面,其收取的聲音為與聽者完全相同。

反饋式主動降噪優點: 麥克風擷取到耳朵聽到的聲音,因此反饋式降噪更能適應變化,並在需要時校正音頻,而且反饋式主動降噪可以在更寬的音頻範圍工作。另外,即使頭戴式耳機的佩戴方式怪異或沒有完全遮住耳朵,反饋式降噪仍可產生一定程度上降噪效果。

反饋式主動降噪缺點: 無法有效地處理高頻聲音,因此在1-2 kHz範圍內的噪音抑制效果不如前饋式降噪。 如果設計不當,可能會還會產生反饋降噪時的噪音。

混和式主動降噪(Hybird ANC)

混和式結合了前饋式與反饋式的優點,通常有2個降噪麥克風,分別於耳塞內部與外部。

混和式主動降噪優點: 幾乎沒有缺點,混合式降噪可以抑制在更寬的音頻範圍,適應並校正降噪效果,並且人員佩戴耳機方式也不拘泥。

混和式主動降噪缺點: 因為需要兩個麥克風,所以混合降噪技術成本是一般的兩倍。同時,其技術門檻需要更多的專業才能有效設定降噪效果。另外,同時擁有兩個麥克風可能會產生更多不必要的 「白噪聲」,因此需要使用高品質的麥克風來抵消這種情況。因此,混合式降噪頭戴式耳機價格比較昂貴。

降噪訊號方案:數位 vs 類比降噪 (Digital ANC vs Analog ANC)
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當設計降噪耳機的時候,大多數的工程師會希望採用數位降噪系統 (DSP-digital signal processing)來處理噪音與產生反向聲波。數位降噪系統好處就是有軟體調校,甚至在耳機製作出來之後也可以調校,不過會衍生一些問題。例如:數位降噪系統通常需要更大的功耗,所以耗電更兇
數位降噪

數位降噪系統因為訊號處理需要很快,有時候跟不上就會產生一些延遲。由於進來的噪音需要先被轉換為數位訊號才能進行降噪處理,然後再傳輸到耳機的喇叭,這就會有機率會發生30ms左右的延遲。雖然聽起來不是很大的延遲,但就降噪這件事情來說,就有可能造成很大的後果。
類比降噪
類比降噪則需要更多專業的工程師來調校耳機,大多會有更好的降噪結果。類比降噪耳機則會有更好的續航能力,對於噪音的因應速度也會更快。

被動式降噪耳機(物理降噪)

被動式降噪耳機是以物理性阻擋外界噪音的機制,其實就是利用耳機主體或耳塞抵擋外界噪音,一般來說,幾乎每一款耳機都有這樣的效果(骨傳導或開放式的耳機不算),只是程度上的差異而已。

被動降噪的好處是因為使用物理方式隔絕噪音,所以不會改變音質,也不需要額外技術而比較便宜。然而,若耳機沒有與耳朵或耳道緊密貼合,外界聲音就會入侵。此外,被動降噪耳機是透過壓在耳朵或耳道來隔絕噪音,因此久戴可能感到不舒服。

被動式降噪效果比較好的耳機為耳罩式耳機,通常較大的耳罩可以有效地阻隔噪音,像是Bose 35就是被動降噪效果很好的耳機。入耳式耳機的部分,則是以IEM監聽設計有較好的效果,像是 Creative Outlier Gold 就是很不錯的被動式入耳式降噪耳機。
耳塞對入耳式耳機的隔音效果

耳塞對音質的影響非常大,因為每個耳塞的隔音效果都不一樣,如果耳塞太小無法跟耳朵形成良好的密封,將會降低聲音質量和舒適度。

矽膠耳塞


耳機廠商最常提供的耳塞種類,由於材料的密度、厚度和形狀,矽膠耳塞之間存在顯著差異。材料越密,提供的隔離度越高,低音水平也越高;厚度越厚,柔韌性就越差,但若太軟,可能會在耳朵中塌陷;如果太硬,則會變得不舒服。

矽膠耳塞在高頻端的隔音效果很好,低頻端則要視貼合程度而定。另一方面,雖然相較其他種類的耳塞,矽膠耳塞的隔音效果較差,但其還是能提供相當程度的隔音效果,只需要注意是否與耳朵緊密貼合,因此還是很受歡迎。

在市面上,Sony的混合耳塞有著非常受歡迎的形狀,可與大多數耳朵貼合使用,而且有4種尺寸可供選擇;Westone的STAR(+ TRUEFIT FOAM)耳塞對許多人來說效果很好;而SpinFit 精心設計的耳塞具有多種不同的噴嘴尺寸。

海綿耳塞


因為海綿可塑性高,能夠隨著耳朵構造變型,所以能夠完美的貼合在耳道,提供極佳的舒適度、隔離度和密封度,隔音效果鶴立雞群,在低頻端的聲音表現優於矽膠耳塞,高頻部分則因為容易被海綿吸收,表現較差。同樣地,市面上也有專賣海綿耳塞的廠商,例如Comply。

不過,大多數的海綿耳塞無法清潔,而且價格也比較貴。

雙節膠耳塞



雙節膠耳塞相對於一般矽膠耳塞的優勢在於,有兩個獨立的區域可以與耳道密封,實現更好的隔音效果,能聽到更豐富的低音。然而,其缺點是可選擇的尺寸有限,要找到適合自己耳朵的雙節膠耳塞可能不太容易。如果您的耳道很大且很深,那麼Hi-Fi Man雙節膠耳塞效果應該會不錯。

三節膠耳塞



三節膠耳塞將雙節膠耳塞提升到更高的水平,如果您的耳道足夠深,其可以提供更好的密封和隔音效果。此外,三節膠耳塞通常可與帶有斜角噴嘴的耳機和耳掛式耳機配合使用,而且大多數三節膠耳塞都很柔軟,容易在耳道中彎曲並隔音。

客製化耳塞根據需求和個人耳道構造來打造耳塞,雖然能夠最完美貼合個人耳道,達到最好的隔音效果,但是考慮其相對較高的成本,可能不是一個划算的選項。

主動降噪的現況與限制

目前的降噪耳機的技術,在低頻的部分表現比較好,但是高頻的部分需要被動式降噪來輔助。人耳能聽到的音頻頻率為 20Hz-20,000Hz,目前市面上的主動降噪耳機降噪頻段為 100Hz-1,000Hz,因此在環境噪音、車輛、飛機等低頻聲音的抵銷是比較好的,而在高頻及人聲部分仍略不足,無法涵蓋整個頻段。

儘管如此,主動降噪耳機還是可以有效降低背景噪音,能夠以較低的音量聽音樂,不會傷害人類聽力,而且戴起來比較舒適。然而,主動降噪需要透過電力和降噪晶片來運作,所以價格比較昂貴,且品質差異很大,高品質的降噪耳機表現可以出色,但低品質的耳機則幾乎沒有任何效果。

人聲頻率範圍 100Hz – 8KHz
環境和車輛噪音範圍 100Hz – 1KHz

因為主動式降噪的限制,加上被動式降噪的特性,一款好的降噪耳機,可以利用主動式降噪耳機消除低頻環境噪音,高頻段的環境噪音需搭配被動降噪,這樣才能有較好的抗噪效果。

容易搞混的降噪技術

常常看到耳機廠商或買家標榜其耳機具有降噪技術,像是ANC、ENC、CVC和DSP,但消費者大多不知道其中的差別,而且如果賣方沒特別指出是哪一種降噪技術,更容易讓人誤以為都是可以讓人安靜享受音樂的主動降噪。

在此,為了將主題聚焦在ANC主動降噪,我們只簡單說明:DSP跟ANC一樣是都讓我們安靜地享受音樂,受益者在我方,但兩者的運作方式有些微的差異;而ENC和CVC都是讓跟我們通話的人可以清楚聽到我方語音的技術,受益者在對方。

ANC主動式降噪耳機的未來發展

Apple AirPods Pro 上市之後,相信會有一波主動式抗噪耳機的流行起來,未來將會有越來越多支援主動式降噪耳機,然而目前真無線的降噪耳機價格約7-8千元台幣,耳罩式降噪耳機約3千到1萬的行情價格,未來耳塞式、入耳式、耳罩式等耳機會有越來越多品牌加入這個行列,如果價格降低,相當有可能成為耳機的主流趨勢。

讓您秒懂得ANC主動式降噪影片

上面說了很多主動降噪的原理,不外乎希望讀者可以快速地了解何謂主動降噪,但如果看了文字的部分,還是不是很了解,可以觀看以下影片。影片中有充分比較,耳機在室內、室外,關閉降噪、開啟降噪的差異。

佩戴方式? 入耳 vs 真無線 vs 耳罩
ANC降噪科普看這篇!最值得購買的降噪耳機推薦丨2020最新-TechTeller (科技說)降噪耳機的形態差異 (by佩戴方式)

雖然這篇文章以介紹耳罩式降噪耳機為主,但我們還是科普一下因為佩戴方式延伸出來的三種佩戴方式。

降噪耳機依據佩戴方式不同,一般分為耳罩式降噪耳機、入耳式降噪耳機、真無線降噪耳機。以降噪效果來說,耳罩式降噪耳機的降噪效果是最好的,因為它能完整的Cover住聽者的耳朵,所以在物理被動抗噪效果也是相當好的。但由於耳罩降噪耳機通常會比較笨重,所以有些用戶會傾向選擇前兩種降噪耳機來換取便攜性。

貼耳式降噪耳機則是相對耳罩式降噪耳機更加舒適,但降噪效果沒這麼好。

入耳式降噪耳機由於直接深入耳道的關係,所以降噪效果跟ANC搭配起來也相當好,非常方便攜帶,但是也有些用戶不喜歡入耳式降噪耳機的侵入感,覺得不舒服。

降噪效果

耳罩式 >入耳式 >貼耳式 >真無線

舒適程度

真無線>入耳式>貼耳式>耳罩式

購買降噪耳機的考量因素
ANC降噪科普看這篇!最值得購買的降噪耳機推薦丨2020最新-TechTeller (科技說)購買降噪耳機的考量因素
降噪效果如何
除了耳罩耳機都具備的被動降噪效果,關於主動降噪效果的評估,購買前還要考慮到降噪晶片、降噪的方式(前饋?反饋? 複合式?),是採用類比降噪方案還是數位降噪方案?佩戴的方式(入耳?耳罩? 貼耳?) 這些因素都會大大影響到降噪的效果。

一般來說複合式降噪+數位降噪+耳罩耳機的搭配效果最好
音質水準

音質水準在耳機上,最直接影響就是聲學與腔體構造的設計、驅動單元的大小。主觀因素來說,耳機的調音師對耳機的EQ出廠調校也非常重要,是強調重低音?均衡音?還是高音優先,這個則是相對主觀的,所以對於EQ sound signature有要求的聽者一定要自行測試才會準確。

除了耳機本體上,音源也是極其重要的因素,所以不要買了好耳機忘了音源。音源是否為無損,音頻格式是什麼?音源輸出裝置是否能夠傳輸高品質的音源也相當重要。
有線無線通用

耳機是否支援3.5mm AUX的音頻輸出也是可以考量的因素,一來藍牙降噪耳機若沒電則可以用有線來聽音樂,二來3.5mm 音頻孔的音質在傳輸上衰減率低,音質表現會更細膩,所以通常選擇藍牙降噪耳機如果支援有線3.5mm會更好。除此之外,3.5mm音頻線的線材也會影響到音質,不過這又是比較小的影響因素,這邊就不贅述了
能否折疊,方便隨身攜帶?

雖然耳罩耳機相對笨重,但如果有收納的轉軸設計則便利許多,有更好的空間利用率在外出旅行、出差也會方便很多,所以如果喜歡帶著耳機啪啪照的你,或許可以將耳機是否能折疊納入優先考量因素哦。
佩戴方式(耳機類型)、佩戴舒適性

主要分為On-ear, Over-ear, In-ear (貼耳、耳罩、入耳)的三種佩戴方式,三種不同類型的耳機就會有不同的降噪性能,一般而言Over-ear降噪效果最好,而In-ear的舒適性最好,不過降噪效果就沒有Over-ear這麼好,購買前需要好好研究一下哪個最適合你哦。
出廠配件

以支援3.5mm的藍牙降噪耳機來說,如果考慮使用場景的話,很多商務客會需要帶上飛機使用,這時候航空轉接頭就相當方便了,因為通常飛機上是不能開藍牙功能的。有了航空轉接頭之後,可以將降噪耳機接在飛機上的多媒體播放器,打開降噪,跟飛機標配的耳機不是一個檔次的高品質降噪享受。所以出廠配件有沒有附上3.5mm音頻線、 航空轉接頭、旅行收納盒..等,都是可以納入考量的因素哦。
續航力與充電
降噪耳機一般來說至少要有20hrs以上的續航力才夠用,因為帶著藍牙降噪耳機出差加等飛機的時間, 加上路途交通工具轉換時間,應該最少都要10小時起跳,搭配好一點的類別與降噪晶片,可以更有效的控制功耗。

像是快速充電功能,充電5分鐘即可使用2至3小時,充電45分鐘就可以完整充電使用30小時,我覺得這是一種將手機的QC 3.0、PD充電移植到耳機的概念,這也是用戶移植期待的技術,所以我覺得在現在時間寶貴的情況下,充電速度也是一個考量點。
1連2配對 (多點技術)

藍牙耳機是否能支援“ 1對2 ”或俗稱“1拖2”,意思就是藍牙耳機可以同時配對兩個裝置 (ex. 兩隻手機,或是一隻手機、一台電腦),而且同時可以在多個配對的裝置間的音源切換自如。這個技術相當方便,在藍牙的技術叫做“多點技術”或“多點連線”。
有些剪輯師、或是多工工作者,需要這樣的技術,多個裝置間的音訊切換就會更加方便與有效率。雖然多點技術並非剛需,但是有這個技術的耳罩藍牙耳機絕對是大大加分的哦!

2012年7月11日 星期三

LG D43系列 CINEMA 被動式3D顯示器


LG 推出全新 IPS 面板 CINEMA 3D 顯示器 D43 系列,提供多角度 3D 觀賞體驗,而且保留 LG Film Patterned Retarder (FPR) 被動式 3D 技術的優點,配合配被動式偏光 3D 眼鏡,讓用家欣賞影院質素的 3D 影像。

LG IPS 面板 CINEMA 3D 顯示器 D43 系列提升畫質效果, 3D 畫面更具動感,而且 IPS 面板運用 blur free 圖像處理技術,適用於任何圖像內容,畫面顏色更細膩,更提供 178 度可視角度,用家可以更靈活地享受 3D 視頻和進行 3D 遊戲。

同時, D43 系列顯示器支援 2D 轉換 3D 技術,讓一般的 2D 畫面也可轉成 3D 畫面播放,同時 SUPER+解像度功能 (SUPER+ Resolution Technology) 可令圖像放大後,即可在 2D 或 3D 模式下,影像也可保持清晰,影像邊界亦提高精銳度,並不會出現影像模糊情況,如使用 3D 效果模式, 3D 效果深度更可調整,令影像更加逼真。

此外, LG D43 系列獲得由 TUV 歐洲頂級安全認證機構的 Flicker-Free 無閃爍認證,觀看 3D 內容時不會帶來頭暈不適感覺,而且 LG 提供的 3D 眼鏡方便輕巧,可長時間觀賞 3D 畫面仍保持舒適。

據 LG 執行副總裁兼 IT 事業部的主管 J.J Lee 指,隨著越來越多高質量的 3D 遊戲和電影推出,顯示技術亦需要同樣改善,以滿足消費者的期望。 全新的 LG D43 系列採用的 IPS 面板,提供了一個高質量的 3D 體驗,並且不會出現頭暈或不適現象,更適合用家欣賞高質素 3D 影像。

LG D43