來由： 威廉·哈里斯

　　降噪耳機在嘈雜的地方非常有用 瑪麗亞·喬沃維奇/蓋蒂圖片社

　　一個人的噪音是另一個人的音樂，但無論你的口味如何， 環(huán)境噪音 是敵人。幸運的是，有一款音頻設備專門設計用于最大限度地提高您的聆聽體驗，在不犧牲音樂音質的情況下將環(huán)境噪音拒之門外。那件設備就是耳機，在本文中，我們將看看耳機，尤其是 降噪耳機工作。

　　在1978年飛往歐洲的航班上，Bose公司的創(chuàng)始人Amar Bose戴上了一副航空公司提供的耳機，卻發(fā)現(xiàn)噴氣發(fā)動機的轟鳴聲使他無法享受音頻。他開始在飛機上進行計算，看看是否有可能將耳機本身用作降噪劑。 玻 色 十年后推出了第一款降噪耳機。

　　為了理解耳機，你必須首先了解聲波。你可以退房 揚聲器如何工作 有關一些信息，但我們也將在此處提供簡要介紹。

　　當大多數(shù)人想到波浪時，他們會想到水波，就像你在海洋或湖泊中看到的那樣。一個 淺水波 是一個例子 橫波，這會導致垂直于前進波方向的介質受到干擾。您可以在下圖中看到這種關系。該圖還顯示了波浪的形成方式 波峰 和 槽.任意兩個波峰(或任何兩個波谷)之間的距離為 波長，而波峰的高度(或波谷的深度)是 波幅. 頻率 指每秒通過固定點的波峰或波谷數(shù)。

　　聲波具有許多與水波相同的特征，但它們是 縱波，由介質中的機械振動產(chǎn)生，產(chǎn)生一系列 壓縮 和 稀疏派系 在媒介中。當你采摘一個 吉他 例如，字符串開始振動。振動弦首先推動空氣分子(介質)，然后拉開。這導致一個所有空氣分子被壓在一起的區(qū)域，而在它旁邊，一個空氣分子分散得很遠的區(qū)域。當這些壓縮和稀疏層從一個點移動到另一個點時，它們形成一個縱波，介質中的擾動平行于波本身的方向移動。

　　縱波與橫波具有相同的基本特征。壓縮對應于波峰，稀疏對應于波谷。因此，兩次壓縮之間的距離是波長，而介質壓縮的量是振幅。頻率是指每秒通過固定點的按壓次數(shù)。

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　　對于聲波， 波幅 確定 強度，或聲音的響度。頻率決定 投，頻率越高產(chǎn)生音高音符，低頻產(chǎn)生低音符。大腦能夠解釋聲音的這些特征，但在此之前，聲波必須由感覺器官檢測到。當然，這是耳朵的工作。要了解有關耳朵如何檢測和解釋聲音的更多信息，請查看 聽力如何運作.

　　接下來，我們將看看耳機如何利用這些相同的原理來幫助人們聽到音樂、磁帶上的書籍或其他錄制的材料。

　　靜電和動態(tài)傳感器

　　要聽到唱片上錄制的內容，磁帶， 光盤, 影碟 或 MP3播放器，存儲在介質上的數(shù)據(jù)必須轉換為聲波。這需要將存儲的信息轉換為電信號，然后必須通過 傳感器 將橫向電波轉換為耳朵可以解釋的縱向聲波。揚聲器在音頻系統(tǒng)中扮演著換能器的角色。但是，它們可以遠離聽眾的耳朵。

　　耳機是專門為解決這個問題而開發(fā)的。耳機本質上是通過戴在頭上的帶子或電線固定在耳朵上的揚聲器。它們按傳感器技術的使用類型和結構進行分類。讓我們先來看看靜電耳機。

　　靜電耳機

　　靜電耳機利用了大多數(shù)人都知道的現(xiàn)象 靜態(tài)的 電力.當一個物體帶電時，它要么獲得電子，要么失去電子。獲得電子的物體帶負電;失去電子的物體帶正電。具有相似電荷的物體會經(jīng)歷排斥力，而帶相反電荷的物體會經(jīng)歷吸引力。這些力被稱為 靜電力.

　　為了在靜電耳機中產(chǎn)生這些力，薄 隔膜 -- 由紙、塑料或金屬制成的柔性板 -- 懸掛在兩個金屬網(wǎng)格之間或 電極.應用音頻信號時，會沿網(wǎng)格創(chuàng)建不同的景點。這會將膜片的一部分推向一個網(wǎng)格，并將部分拉向相對的網(wǎng)格。振膜中產(chǎn)生的振動會產(chǎn)生最終被耳朵檢測到的聲波。

　　動圈耳機

　　電動力學(或 動態(tài)，簡稱)耳機由三個功能部件組成——音圈、永磁體和錐形振膜。錐體的窄端連接到音圈上，實際上產(chǎn)生聲波。它通過響應振動音圈而快速振動來實現(xiàn)這一點，就像耳朵的三塊骨頭響應鼓膜的運動而振動一樣。

　　音圈的振動是由磁性的兩個基本特性實現(xiàn)的：

　　相同的磁極相互排斥，而相反的磁極吸引

　　流過線圈的電流產(chǎn)生磁場，電流流動的方向決定了磁場的極性

　　當音圈放置在永磁體不變的磁場中時，可以實現(xiàn)這兩個特性。切換泵入線圈的電信號會導致北極和南極非?？焖俚貋砘厍袚Q。當音圈磁場的北極和南極切換時，它們在與永磁體相互作用時被吸引然后被排斥。因為永磁體是固定的，而音圈不是固定的，所以音圈會振動并將這些振動傳遞到振膜。

　　我們將在下一節(jié)中介紹一些常見的動態(tài)耳機樣式。

　　音樂與噪音

　　正如本文的引言所暗示的那樣，區(qū)分音樂和噪音可能是一個主觀問題。但科學家做出了明確的區(qū)分。 音樂 是具有可再現(xiàn)、獨特波形的聲音。 噪聲 指隨機和不可預測的波形。白噪聲是最復雜的噪聲類型，因為它包含許多不同的頻率，所有頻率都具有相同的強度。

　　耳機樣式

　　超耳式耳機

　　照片由 亞馬遜河動圈耳機是最常見的耳機類型，所以讓我們仔細看看三種基本的聽筒設計。

　　超耳式耳機，也稱為貼耳式、開放式或開放式耳機，輕輕地戴在耳上或耳上。耳罩通常采用柔軟的襯墊并可自由旋轉，以增強貼合度并減少壓力點。由于貼耳式耳機位于耳朵上，因此會將聲音泄漏到外部環(huán)境中并允許環(huán)境噪音進入。

　　包耳式耳機

　　照片由 亞馬遜河

　　包耳式耳機，也稱為耳罩式或封閉式耳機，完全封閉聽眾的耳朵。因為它們形成氣密密封，所以它們可以阻擋外部噪音而不會將聲音泄漏到外部。這改善了音質，但包耳式耳機往往更重，更不舒適。

　　入耳式耳機 有兩種款式：耳塞式和運河式耳機。耳塞戴在耳口處，而運河耳機則安裝在耳道本身，形成氣密密封。入耳式耳機的音質往往非常好，盡管這取決于它們在聽眾耳朵中的貼合程度。出于這個原因，像耳塞一樣緊密貼合耳朵的運河耳機通常是音樂家或其他想要卓越音質的人的首選。

　　入耳式、運河式耳機經(jīng)常被音樂家和其他渴望卓越音質的人使用。

　　照片由 亞馬遜河

　　降噪耳機

　　Bose 是第一家推出降噪耳機的公司。

　　照片由消費品提供不幸的是，對于音樂愛好者來說，許多類型的環(huán)境聲音會干擾甚至阻擋通過耳機發(fā)出的聲音。如果您曾經(jīng)嘗試過在飛機上收聽CD或MP3播放器，那么您就很清楚這個問題：發(fā)動機的轟鳴聲使得很難聽到通過揚聲器傳輸?shù)膬热? - 即使這些揚聲器位于您的耳朵中或耳朵上。幸運的是，降噪耳機可以提供更愉快的聆聽體驗。

　　降噪耳機有 積極 或 被動類型.從技術上講，任何類型的耳機都可以提供一些被動降噪。這是因為耳機本身的材料阻擋了一些聲波，尤其是更高頻率的聲波。然而，最好的無源降噪耳機是專門設計的環(huán)耳式耳機，以最大限度地提高噪音過濾性能。這意味著它們擠滿了高密度泡沫或其他吸音材料層，這使得它們比普通耳機更重。所有這些額外重量的權衡是噪音降低約 15 到 20 分貝 (dB)。但考慮到噴氣發(fā)動機在飛機機艙內產(chǎn)生 75 至 80 dB 的噪音，被動模型有一些嚴重的局限性。這就是主動降噪耳機的用武之地。

　　積極 降噪耳機可以做無源耳機可以做的一切 - 它們的結構本身創(chuàng)造了阻擋高頻聲波的屏障。它們還通過主動 擦 除 低頻聲波。降噪耳機如何做到這一點?它們實際上創(chuàng)造了自己的聲波，在各個方面都模仿傳入的噪音，除了一個方面：耳機的聲波與侵入波有180度的異相。

　　如果你看下面的插圖，你可以看到它是如何工作的。請注意，兩個波 - 一個來自降噪耳機，另一個與環(huán)境噪聲相關 - 具有相同的振幅和頻率，但它們的波峰和波谷(壓縮和稀疏)的排列方式使得一個波的波峰(壓縮)與另一個波的波谷(稀薄)對齊，反之亦然。從本質上講，兩個波相互抵消，這種現(xiàn)象被稱為 破壞性干擾.結果：聽眾可以專注于他想聽的聲音。

　　當然，要達到這種效果，需要幾個組件：

　　麥克風 - 放置在耳罩內的麥克風“聆聽”無法被動阻擋的外部聲音。

　　降噪電路 - 電子設備也放置在耳罩中，感應來自麥克風的輸入并生成噪聲的“指紋”，注意入射波的頻率和幅度。然后，它們創(chuàng)建一個與噪聲相關的波相差180度的新波。

　　議長 - 降噪電路產(chǎn)生的“抗音”與正常音頻一起饋入耳機的揚聲器;抗聲音通過破壞性干擾消除噪音，但不會影響正常音頻中所需的聲波。

　　電池 - 術語“主動”是指必須向系統(tǒng)添加能量以產(chǎn)生降噪效果的事實。這種能量的來源是可充電電池。

　　使用這些組件，降噪耳機能夠額外降低 20 分貝的噪音。這意味著大約70%的環(huán)境噪音被有效阻擋，使降噪耳機成為航空公司和火車旅行，開放式辦公環(huán)境或任何其他具有高背景噪音的位置的理想選擇。

　　雖然降噪耳機可以很好地區(qū)分佩戴者想要聽到的音頻和他或她想要屏蔽的背景噪音，但有些人說它們會通過消音來損害音質。用戶還可以體驗到氣壓的變化，盡管內置在耳罩中的端口旨在排出被困在揚聲器后面的空氣。

　　盡管有這些權衡，許多人永遠不會回到普通的音頻耳機。這是因為降噪耳機的作用不僅僅是降低噪音。它們還有助于緩解旅行時的疲勞，這可能是由于長時間暴露在低頻噪音中造成的。如果您不想收聽其他音頻源但確實想消除背景噪音，您甚至可以使用降噪耳機。一點點安靜對任何人來說都可以成為音樂。

　　有關降噪耳機和相關主題的更多信息，請查看下一頁上的鏈接。

　　分貝定義

　　一個 分貝 (分貝) 是聲音強度的量度。分貝標度為 對數(shù)的，這意味著 10 dB 的變化表示響度的十倍變化。因此，測量 30 dB 的聲音比測量 20 dB 的聲音響亮 10 倍。

　　耳機與耳機

　　當耳機配備小麥克風時，它被稱為 耳機.麥克風就像揚聲器一樣是換能器。它們將聲波轉換為電信號，而揚聲器將電信號轉換為聲波。

　　作者注：降噪耳機的工作原理

　　在他或她的學術生涯的某個時刻，學生學習純科學和應用科學之間的區(qū)別。這是經(jīng)典的定義：純科學是通過實驗方法研究自然的方法，而應用科學是將純科學應用于某些實際的人類目的。這是一篇有趣的文章，因為它體現(xiàn)了應用科學的本質。純科學涉及聲波的結構和功能。應用科學涉及如何利用這些基礎知識并用它來解決特定問題 - 在這種情況下，阻止不需要的噪音。

　　當然，Bose 是開發(fā)創(chuàng)新音頻系統(tǒng)的先驅。在許多方面，Bose 可以被描述為一家致力于追求應用科學的公司。麻省理工學院科學家Amar Bose于1964年創(chuàng)立了這家公司，收集有關聲音的觀測數(shù)據(jù) - 以及人們對聲音的感知 - 并將其轉化為有用的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中的第一個是1968年發(fā)布的901直接/反射揚聲器系統(tǒng)。降噪耳機后來出現(xiàn)，但它們以類似的方式發(fā)展，從實驗室工作臺轉移到零售商貨架。事實上，正如文章所解釋的那樣，Amar Bose 最初是在嘈雜的商業(yè)航班上構思降噪耳機的。這張照片——一個受過古典訓練的科學家試圖解決一個日常問題，在35000英尺的雞尾酒餐巾上寫下他的想法(10，668米) -- 在我寫這篇文章的整個過程中一直陪伴著我。

　　降噪耳機：備忘單

　　你需要知道的東西：

　　聲波類似于水波。它們具有對應于波峰的壓縮和對應于波谷的稀疏。

　　主動降噪耳機通過主動擦除低頻聲波來增加額外的降噪水平。它們通過破壞性干擾來做到這一點 - 產(chǎn)生與環(huán)境噪聲具有相同幅度和頻率的聲波，但異相180度。

　　降噪耳機有主動或被動兩種。被動降噪耳機使用高密度泡沫或其他吸音材料來防止聲波到達聽者的耳朵。

　　好的降噪耳機可提供約80分貝的降噪，足以阻擋飛機機艙內的噴氣發(fā)動機噪音。

　　降噪耳機常見問題解答

　　降噪耳機會阻擋聲音嗎?

　　降噪耳機可消除環(huán)境噪音，但不會阻擋聲音。

　　什么耳機對睡眠有好處?

　　對于睡眠，您需要降噪耳塞或入耳式耳機。這些可以阻擋，或者至少消除街道噪音，鄰居的音樂穿過墻壁，或伴侶的鼾聲。有很多選項，包括 Bose 睡眠耳塞 II，這是專為睡眠設計的降噪耳機。他們甚至有警報。

　　降噪技術對你有害嗎?

　　降噪耳機不會發(fā)出任何輻射，也不會對您或周圍的人構成任何風險。

　　什么是最 便宜的降噪耳機?

　　在降噪耳機方面，便宜是相對的，因為即使是中檔耳機也很昂貴。如果您正在尋找更便宜的選擇，請查看Anker SoundCore Life Q30s或TaoTronics SoundLiberty 94 True Wireless耳機，這兩款耳機在亞馬遜上的售價都在80美元左右。

　　什么是最好的整體降噪耳機?

　　Bose 發(fā)明了第一款降噪耳機，許多人發(fā)現(xiàn)他們的技術是市場上最好的。但是，有很多選擇。目前市場上的其他一些頂級耳機包括索尼WH-1000XM4，Bose 700s和Apple AirPods Max。