降噪耳机质量分析报告（2024版）

降噪耳机质量分析报告 （2024版） 中国电子技术标准化研究院中国电子音响行业协会 版权说明 本报告版权属于中国电子技术标准化研究院和中国电子音响行业协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国电子技术标准化研究院和中国电子音响行业协会《降噪耳机质量分析报告(2024版）》”。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。 编制人员： 卫文港、刘鑫楠、陈仁伟、董桂官、彭泓、赵正清 Email：donggg@cesi.cn网址：http://www.cesi.cn 目录 1工作情况1 1.1背景1 1.2标准情况4 2降噪耳机质量分析9 2.1整体情况9 2.2降噪性能分析12 3总结与展望21 附：赛西实验室音频技术服务22 1工作情况 1.1背景 一般而言，消除或者降低噪声通常采用三种降噪措施：在声源处降噪、在传播过程中降噪和在人耳处降噪，但是这几种方式都是被动的，实际使用过程中往往呈现出低频降噪效果差等缺点。为了主动地消除噪声，研究者发明了“有源消声”这一技术，也就是主动降噪技术。 图1主动降噪技术的原理示意图 图1所示为主动降噪技术的基本原理示意图。可以认为所有的声音都由一定的频谱和能量组成。从接收噪声源着手，通过电声处理，运算出反相的波，并通过内置音频处理电路进行放大和重放，相互反相的声音将会叠加，噪声的振幅将会大幅衰减，从而降低了噪声。 目前主动降噪技术已经在耳机中得到广泛应用。按照降噪方式，降噪耳机可以分为被动降噪耳机（无源降噪耳机）和主动降噪耳机（有源降噪耳机）。被动降噪耳机是利用隔声原理降低噪声的个人防护装置，具有佩戴方便、价格低廉等 优点；被动降噪耳机在高频段有着良好的降噪性能，但是由于耳机体积和重量的限制，在500Hz以下低频段的降噪性能较差。包含有源降噪系统的耳机，称作主动降噪耳机，又称有源降噪耳机；有源降噪系统有良好的低频降噪性能，可以实现在较宽的频带上良好的降噪性能。 其中主动降噪耳机按照控制电路分类可以分为模拟式和数字式，按照控制结构分类可以分为前馈式、反馈式和复合式。 1.1.1前馈式主动降噪耳机 前馈式主动降噪耳机使用前馈式有源噪声控制系统，又称开环式噪声控制系统，典型结构如图2所示。这种系统需要被控制的初级声场的声音信息，称为参考信号，参考信号传递到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加。误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的误差信号，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。 图2前馈式主动降噪耳机典型结构 前馈式有源噪声控制的优点是传声器接收的是纯噪声，并不接收喇叭发出的声音，所以系统是一个开环，不会引起任何的闭环振荡和啸叫，因此可以独立地调试电路，使降噪的效果达到最佳。但噪声经过扬声器并在扬声器内多次反射， 其大小和相位已发生变化，传声器采集到的噪声与扬声器内的噪声将有很大的不同，且外部噪声的方向性很强，难以使用同一电路满足来自不同方向的噪声的降噪要求，这些都是在前馈式有源降噪耳机的设计中需要克服的问题。 1.1.2反馈式主动降噪耳机 反馈式主动降噪耳机使用反馈式有源噪声控制系统，又称闭环式噪声控制系统，它比前馈式系统少一个参考传声器，其典型结构如图3所示，虽然系统构成上得以简化，但是应用范围也大大缩小。 图3反馈式主动降噪耳机典型结构 反馈结构的有源噪声控制系统不需要预先得到声音信息，而是通过控制器调整误差信号，从而降低噪声。由于是反馈系统，当放大器的增益加大到一定程度时，系统将变得很不稳定，产生高频啸叫或低频振荡，为了维持控制系统的稳定，一般会要求控制器和误差传声器的位置十分接近，这就限制了反馈式有源噪声控制系统的应用范围。 1.1.3复合式主动降噪耳机 复合式主动降噪耳机结合了前馈式、反馈式的结构，其典型结构如图4所示。 图4复合式主动降噪耳机典型结构 次级声源发出的信号将由参考传声器和误差传声器共同决定。前馈式系统可以减弱参考传声器检测到的与初级噪声相关的噪声，反馈式系统则对窄带噪声十分有效，两者结合使用，可以增强有源噪声控制系统的灵活性，从而比使用单一结构获得更好的降噪效果，但缺点是系统实现复杂、成本也非常高。 1.2标准情况 1.2.1国内外标准情况 耳机相关的国内外标准如下： 表1国内外与耳机有关的标准 标准名称 标准简介 涉及地区 GB/T2060.7-2013《声系统设备第7部分：头戴耳机和耳机测量方法》 该标准由南京大学、富士高实业控股有限公司中名（东莞）电子有限公司、歌尔声学股份有限公司等起草，由全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）归口。该标准修改采用了IEC 60268-7:2010《Soundsystemequipment-Part7:Headphonesandearphones》 （声系统设备第7部分：头戴耳机和耳机）标准，主要规定了头戴耳机性能的测量方法， 例如频率响应、谐波失真等。 中国 标准名称 标准简介 涉及地区 GB/T13581-92《高保真头戴耳机最低性能要求》 适用于装有前置放大器、电缆、无源网络、红外或者其它原件的头戴耳机或者耳机，其测试方法引用了GB6832（现在已被GB/T 12060.7-2013）所替代。 中国 GB/T14471-2013《头戴耳机通用技术条件》 由南京大学、富士高实业控股有限公司中名 （东莞）电子有限公司、歌尔声学股份有限公司等起草，由全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会（SAC/TC242）归口。该标准规定了机械性能、电声性能、电磁兼容性能、环境适应性等多方面的指标，其电声方面的测试方法参考了GB/T 12060.7-2013中的相关条款。 中国 GB/T14197-2012《音频、视频和视听系统互连的优选配接值》 南京大学声学研究所采用翻译法等同采用IEC61938:1996《音频、视频和视听系统互联和匹配值模拟信号的优选匹配值》，标准规定了音频、视频和视听系统设备模拟信号互联时点的配接值，例如输出源阻抗、额定 源阻抗等等。 中国 GB/T43537-2023《声系统设备耳机及个人音乐播放器最大声压级测量方法》 由TC242（全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会）归口，本文件描述了消费者使用的耳机及个人音乐播放器产生的最大声压级的测量方法,包括使用耳机的设备或耳机,成套提供的且使用有线或无线等通用接口配接的耳机和个人音乐播放器的 组合的测量方法。 中国 SJ20864-2003《有源抗噪声送受话器组通用规范》 规定了军用有源抗噪声送受话器组的技术要求等，适用于陆海军三军有限、无线通信用 有源抗噪声送受话器组。 中国 《无线耳机通用技术规范》（在研行业标准，任务号：2021-0134T-SJ） 由全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会归口。本文件规定了无线耳机及其充电盒的性能要求、安全要求、环境适 应性要求及检测方法。 中国 YD∕T1885-2016《移动通信手持机有线耳机接口技术要求和测试方法》 由中国信息通信研究院归口，参考了IEC60130-8-1986和IEC60603-11-1992， 主要规定了移动通信手持机有线耳机接口的技术要求和测试方法。 中国 标准名称 标准简介 涉及地区 YD∕T1884-2022《信息终端设备声压输出限值要求和测量方法》 由工业和信息化部电信研究院等制定，规定了针对不同类型的设备、使用方式和场合的声压输出限值要求，其中最大声压级部分参 考了EN50332系列标准。 中国 ITU-TP.58《SeriesP：TELEPHONETRANSMISION QUALITYObjectivemeasureingapparatusHeadandtorsosimulatorfortelephonometry》 国际电信联盟制定的用于声学测试的头与躯干模拟器的标准，主要描述了用于通信测试用的头和躯干模拟器的规格要求。头和躯干模拟器（HATS）是一个人体的上半身模型，左右耳中置入了传声器，用来测试耳机、电 话等产品的电声性能。 欧盟 EN50332-1:2013《Soundsystemequipment:Headphonesandearphonesassociatedwithpersonalmusicplayers. MaximumsoundpressurelevelmeasurementmethodologyPart1:Generalmethodfor"one packageequipment"》 欧盟为了保护消费者听力，防止便携式播放器引起的听力而制定的该标准，在欧盟配合信息技术设备和音视频设备的安全标准属于强制执行的范畴。第1部分主要针对成套售卖的播放器和耳机产品，提出了最大声压级项目。 欧盟 EN50332-2:2013《Soundsystemequipment:Headphonesandearphonesassociatedwithpersonalmusicplayers-Maximumsoundpressurelevelmeasurementmethodology-Part2:Matchingofsetswithheadphonesifeitherorbothareofferedseparately,orareofferedasonepackageequipmentbutwithstandardisedconnectorsbetweenthetwoallowingtocombinecomponentsofdifferentmanufacturesor differentdesign》 第2部分是针对播放器和耳机分别进行测试。针对播放器产品通过限制播放器的最大输出电压来达到限制声压的目的；针对耳机产品通过限制灵敏度来达到限制声压的目的。 欧盟 标准名称 标准简介 涉及地区 EN50332-3:2017《Soundsystemequipment:Headphonesandearphonesassociatedwithpersonalmusicplayers-Maximumsoundpressurelevelmeasurementmethodology-Part3:measurementmethodfor sounddosemanagement》 第3部分是从声音剂量的概念提出了如何通过计算声音剂量来限制收听的音量和时长。 欧盟 T/CAIACN006—2021《无线降噪耳机技术要求和测量方法》 本文件规定了无线降噪耳机的技术要求和测量方法、环境要求和可靠性试验方法、验收 规则、标志、包装、运输和储存要求等。 中国 1.2.2行业标准《无线耳机通用技术规范》关于降噪性能的要求 行业标准《无线耳机通用技术规范》正在研制中，任务号：2021-0134T-SJ；其中降噪性能要求如表2。 表2降噪性能要求 指标 技术要求 备注 耳罩式、压耳式、贴耳甲式 入耳式 耳塞式（半入耳式） 全频带最大降噪深度（主动） ≤-20dB ≤-20dB ≤-10dB 全频带统计范围为50Hz～20kHz，该频段内至少一个1/3oct的数值优于技术要求。 全频带最大降噪深度（综合） ≤-25dB ≤-25dB ≤-20dB 全频带统计范围为50Hz～20kHz，该频段内至少一个1/3oct的数值优于技术要求。 主动降噪频段内平均降噪深 度（主动） ≤-10dB ≤-10dB ≤-5dB 特定频段的频带统计范围为50Hz～1kHz （主动降噪频带范围内）。 主动降噪频段内平均降噪深 度（综合） ≤-15dB ≤-15dB ≤-8dB 指标 技术要求 备注 耳罩式、压耳式、贴耳甲式 入耳式 耳塞式（半入耳式） 降噪模式底噪放大量 制造商规定（耳机、充电盒、产品说明书或包装盒上的标称值）。 — 1