NTT 为开放式耳机开发主动降噪技术

由 Microsoft Edge 浏览器机译：
2024 年 11 月 14 日

日本电报电话公司

世界首创用于开放式耳机的宽带降噪技术，可在不阻塞耳朵的情况下降低环境噪声~实现即使在拥挤的街道和城市中移动，也能听到清晰声音的舒适听觉体验~。

演讲要点：

◆ 确立 ANC（主动噪音控制）技术，这是一种主动噪音控制技术，可降低 100~3,000Hz 宽频段的噪音，因此即使在嘈杂的环境中也能清晰地听到开放式耳机的声音。

◆ 作为降低实现宽频噪音抑制所需的 ANC 系统延迟的方法，我们对耳机机身的麦克风和扬声器进行了新的设计，以降低声学延迟，并开发了新的扬声器设计和软件流程，以降低各频段的机械延迟。

即使在嘈杂的环境中，开放式耳机也能提供舒适的听觉体验。

日本电报电话公司（总部：日本东京都千代田区日本电报电话公司（总部：东京都千代田区，总裁兼首席执行官：Akira Shimada，以下简称 "公司"）：Akira Shimada，以下简称 "NTT"）建立了 ANC 技术，在不阻塞耳朵的开放式耳机中降低耳部环境噪声。在这项技术中，作为开放式耳机的实用降噪技术，我们对耳机本体的麦克风和扬声器的设计以及软件处理进行了全新开发，以实现宽带噪声抑制。有了这项技术，您就能在自然感受周围声音的同时，通过降低噪音清楚地听到开耳式耳机再现的声音。此外，通过耳机听到的虚拟声音与直接用耳朵听到的真实声音相融合的声学 XR 技术（*1）的使用范围有望扩大。在 2024 年 11 月 25 日至 29 日举行的 NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL（注释 2）上，将展出采用该技术的开耳式耳机。

1.背景介绍

NTT一直致力于开发开放式耳机的设计技术，实现只有用户才能听到的播放，而不会堵塞耳朵，其目的是建立PSZ（个性化声音区域）技术，在这个终极私人声音空间中，"想听的声音 "只能自己听到，不会泄露给周围的人，而 "不想听的声音 "则被隔绝在外（*3）。这种开放式耳机可以让您自然地听到周围的声音，其设计可以防止声音泄漏，因此可以在公共场所、办公室和其他公共空间使用。此外，耳朵不会疲劳，可以长时间佩戴。此外，针对这些特点，我们正在倡导将从开耳式耳机听到的虚拟声音与直接用耳朵听到的真实声音相融合的声学 XR 技术，并正在进行研发和示范实验（*1）。

传统的开放式耳机只能降低 1,000 Hz 以下的声音，即使有降噪功能也是如此。因此，人耳最敏感的 3,000 赫兹左右的声音无法降低，如果环境噪声较大，使用的机会就会增大音量，因此存在听力损失的风险。因此，我们建立了主动噪声控制（ANC）技术，可以降低开耳式耳机中 1,000 赫兹以上的声音。

2.技术挑战

耳机降噪有两种方法：主动噪声控制 (ANC) 和被动噪声控制 (PNC)。ANC 使用耳机内置的参考麦克风拾取噪声，然后使用误差麦克风判断耳内噪声是否偏离，生成噪声的失相信号，再通过耳机回放以抵消噪声。特别是，它主要可以减少 1000 赫兹以下的低频。而 PNC 则是通过耳机本身的物理结构堵住耳朵来阻挡噪音。特别是，它主要能降低 1 000 赫兹以上的高频。带有 ANC 功能的密封式耳机已在大众中广泛使用，它结合了 ANC 和 PNC 功能，可实现有效降噪。

然而，开放式耳机没有阻挡耳朵的结构，因此高频噪音会原封不动地传入耳朵。此外，由于人的听觉对 3,000 赫兹左右的区域比较敏感，因此 ANC 需要对 1,000 赫兹或更高的高频率进行消音，才能实现开耳式耳机听觉上的有效降噪。

图 1.封闭式和开放式耳机中的 ANC

3.技术要点

为了利用 ANC 技术降低 1,000 Hz 以上的噪音，ANC 系统必须执行超低延迟（亚毫秒级），从参考麦克风拾取的噪音到噪音的失相信号，直到噪音到达误差麦克风位置。特别是在耳机的情况下，它们之间的距离只有几厘米，因为参考麦克风、误差麦克风和重现取消声音的扬声器都内置于耳机机身中。因此，ANC 系统需要非常快的速度，ANC 系统的延迟必须尽可能低。因此，在 ANC 系统中

(1) 声音延迟

(2) 机械延迟

我们开发了一种技术，可以减少这两个延迟因素。(1) 声音延迟是声音从声源到目标位置之间的时间差。声音在空气中的传播速度约为每秒 340 米，与光和电信号相比非常缓慢。因此，我们采用了一种新的设计，将麦克风放置在噪声源和参考麦克风靠近误差麦克风和耳机内置扬声器单元的位置，以减少声学延迟。(2) 机械延迟是指设备或耳机内部的机械部件工作时产生的延迟。例如，耳机内置扬声器单元的振膜从接收电信号到实际发出声音需要一定的物理时间。根据扬声器单元的设计不同，这一延迟在不同频段也会有所不同。因此，在这项技术中，我们采用了新的硬件设计和软件处理来减少每个频段的机械延迟。在硬件设计中，我们重新设计了扬声器的位置和特性；在软件处理中，我们设计了低延迟、低计算量的滤波器。此外，该技术还与防止声音泄漏的开放式耳机（*3）设计技术相结合，以防止声音泄漏到周围环境中，防止用户周围的噪音增加。

这项技术减少了（1）声学延迟和（2）机械延迟，在世界上首次拓宽了开耳式耳机的 ANC 带宽。在利用飞机噪音对这项技术进行评估时，证实它可以将噪音降低到 3000 Hz 左右。具体来说，在 1,000 ~ 3,000 Hz 频率范围内，噪音抑制高达 13.7 dB，平均抑制 7.8 dB。

图 2.ANC 中的声学和机械延迟

图 3.利用该技术设计的开耳式耳机原型

图 4.使用该技术评估 ANC 的噪音抑制性能

4.未来发展

今后，我们的目标是将配备该技术的开放式耳机商业化，并进一步扩大降噪带宽，在各种实际环境中进行验证。此外，NTT 集团各公司还将开发身临其境的娱乐和音频导览等服务，将该技术与声学 XR 技术相结合，将耳机听到的虚拟声音与耳朵直接听到的真实声音融合在一起。

[术语表］

※1

以 "Super Kabuki Powered by NTT "为超级歌舞伎挑战全新的空间音效制作～实现舞台真实音效与耳中音效的空间音效制作～。

URL:https://group.ntt/jp/newsrelease/2023/04/29/230429b.html

※2

"NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL "官方网站 www.rd.ntt/forum/2024/This 页面将在新窗口中打开

NTT R&D FORUM 2024 - IOWN INTEGRAL 的图像

※3

开发只有使用者才能听到而不会堵塞耳朵的耳机设计技术

~实现声波控制，在用单个扬声器向用户传送声音的同时，消除向周围泄漏的声音

group.ntt/jp/newsrelease/2022/11/09/221109a.html

新闻界对此事的询问

日本电报电话公司、

服务创新研究所、

规划部公共关系官员

tools.group.ntt/jp/rd/contact/index.php 页面将在新窗口中打开