在TWS耳塞或耳机中，有两种类型的消噪方法：无源和有源，这两种方法可以分别使用，也可以一起使用。被动噪声消除（也称为噪声隔离）可通过耳机的组件（例如橡胶头或衬垫）滤除环境噪声，这些噪声对高频噪声（音频带宽高于1 kHz）有效，而对低频噪声则无效。频率环境噪声。另一方面，主动噪声消除在处理恒定的重复性低频噪声（例如飞机发动机的嗡嗡声或冰箱的嗡嗡声）方面更为有效。在本文中，我们将主要着眼于TWS系统中的主动噪声消除技术。

图1突出显示了耳塞中嵌入的主要功能中正在讨论的功能。

图1：典型的TWS芯片的功能块（仅耳塞式芯片）

主动降噪（ANC）最初是为了减少飞行中发动机的静态噪声而开发的。如今，更强大的算法和更好的麦克风使ANC超越了旅行世界，使用户能够消除办公室和家庭中的背景噪音和声音。它甚至是当今TWS耳机中的一项功能。无论是在家工作还是在嘈杂的环境中，使用麦克风阵列进行波束成形都可以使人们进行清晰的对话。主动降噪（ANC）技术在无线和真正的无线耳塞设计中开启了音频设备的新纪元。

噪声消除的原理是，麦克风收集外部环境噪声，然后系统将其转换为反向声波，并将其添加到扬声器端，从而降低感官噪声。在面向TWS的应用程序中，有多种设计和实现ANC技术的方法：前馈ANC、反馈ANC和混合ANC。

图2：主动降噪（ANC）原理

1、主动降噪（ANC）技术

使用前馈技术（或FF），将噪声捕获麦克风放置在耳机的外部。前馈ANC使用数字信号处理器（DSP）或其他专用的ANC处理硬件将噪声信号映射到用户将在耳机内部听到的频率响应。前馈技术可在大约80 Hz至2 kHz的音频带宽范围内高效运行。

反馈（或FB）ANC与前馈相反，麦克风放置在耳罩内或带有耳塞的佩戴者耳朵内。主要好处是，无论耳机的确切位置和佩戴方式如何，麦克风捕获的噪音都能更准确地反映出佩戴者听到的噪音。与所有反馈系统一样，失控放大的风险很小。系统拾取其自身的抗噪信号并增加放大级别以消除它的风险很小，但实际上会增加噪声量，甚至会产生回音。另一个好处是，由于它正在处理已经非常靠近耳朵的音频，因此处理时间更少。反馈技术可在大约50 Hz至800 Hz的音频带宽内高效运行。

混合式ANC具有两全其美的优点，它结合了FF和FB麦克风以及处理能力，可以覆盖所有基地。因此，混合式ANC实现了最佳的噪声衰减频率覆盖范围和最小的反馈问题机会。缺点是混合ANC更昂贵。不仅有两个麦克风，而且这些麦克风都必须具有高品质，以避免引入额外的噪音。此外，耳机需要更强大的专用处理硬件来处理复杂的数据处理，这将增加ANC软件或算法的开发成本。

但是这里有一个问题，在为TWS耳塞或耳机选择音频编解码器IP时，不同的ANC技术有何关系？

在回答这个问题之前，我们将讨论针对TWS的目标应用中的ANC技术设计挑战。

• 数字滤波器（输入到输出或模拟到模拟）的音频等待时间非常有限。
  

• 基于实时音频样本的流传输（即，一个音频样本输入，一个音频样本输出）。

• 资源受限，用于大量音频数据处理。

• ADC和DAC的极低功耗，低输入到输出延迟和高采样率。

2、输入到输出延迟

我们用一个简单的例子来说明音频等待时间和ANC算法之间的关系。ADC / DAC采样率（Fs）为192 kHz的音频编解码器（即，一个音频采样等于1 / 192,000秒）应在800个时钟周期（5 µs /（1000/160 MHz）= 800个周期）内完成。 。此外，要使用最有效的ANC消除噪声，您需要使用最高的滤波器抽头数。如果说128（2 7）抽头用于加法和乘法运算，这意味着仅一个音频样本就需要896加法和896乘法。因此，如果使用FF或FB ANC算法，则总共仅需要1个音频采样就可以使用384个MAC。如果使用混合ANC，则仅用于1个音频样本的896个MAC。因此，输入2输出等待时间对于ANC算法的效率起着关键作用（我们假设MCU或DSP的频率是固定的）。

有两个方面需要考虑。一方面，我们希望实现完全的前馈，反馈或混合实施，通过提供高性能ANC并同时最大化音频质量和电池寿命，将两者的优点结合在一起。凭借高性能的音频记录和音频播放路径，音频编解码器IP旨在将延迟降至最低，尤其是数字滤波器的延迟，从而可提供出色的ANC性能和音频质量。另一方面，如果“抗噪声”镜像信号以有效的方式消除了环境噪声，则在执行ANC软件时DSP不一定需要全速工作，这导致了进一步的功耗优化。

研尚科技可提供的部分产品列表

• 音频编解码器： Codec、 ADC、 DAC、 音频功放、 硅麦、 耳放

• 射频器件： 定位芯片、 定位模块、 LNA、 无线射频芯片、 NFC

• 电源转换： 升压芯片、 降压芯片、 LDO、 背光驱动

• 电源管理： 锂电池充电管理、 锂电池保护、 QC快充协议、 OVP/OCP、 电压检测、 复位芯片、 PMU、 显示屏电源芯片、 MOSFET、 ESD

• 存储器： SDRAM、 DDR、 Flash、 EEPROM

• 马达驱动： 步进电机/无刷&有刷

• MCU微控制器： MCU、 指纹芯片、 加密芯片

• 无线通信： 5G&4G通讯模组、 NB-IoT模组

• 其它芯片： 运算放大器、 OSD