第五章 硬體架構與實現
6.1 單頻雜訊抑制效果量測
6.1.1 不同頻率點的雜訊抑制效果量測
此部分重點在於驗證實現於FPGA 之
的影響。
6.1.1 不同頻率點的雜訊抑制效果量測
輸入訊號皆為取樣率48kHz 的正弦波(Sine Wave
波，圖(a)和(b)是由 Cool Edit 所看到的大小，可以看出其明顯的差別。
(a) (b)
圖6.1.1 800Hz 單頻正弦波當雜訊 (a)沒有數位控制器 (b)有數位控制器
為了可以知道主要頻帶的噪音抑制效果，在此用一個普通的桌上型喇叭當作 噪音
到
的來源，利用其播放不同頻率的正弦波來比較其抑制效果。如圖6.1.2 可以 看 頻率500Hz 之前因為水床效應的關係，有數位控制器的噪音反而比較大，但 是在設計的主頻帶中對噪音需有良好的抑制效果。此次測試效果最好的頻率點是 在850Hz 其效果超過 14dB。
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 30
40 50 60 70 80 90
Control Off Control On
圖6.1.2 耳機內部量測的噪音大小
(a) (b)
圖6.1.3 800Hz 當雜訊(另一個噪音源) (a)沒有控制器 (b)有控制器
在效果量測上其實和播放噪音的音源的頻率響應有著很大的關係，如果噪音
源在本設計的頻帶上有好的頻率響應效果，則 。如上頁圖
.1.3 所示，此次的量測又換了另一個播放噪音源，直接量測主要抑制頻帶來做比 較。
其量測的效果就會更好 6
由圖6.1.3 和圖 6.1.1 比較大小結果，在沒有控制器的情況下 6.1.3 的大小較 6.1.1 大許多。用圖 6.1.4 較明顯的 dB 表示，結果發現其效果比 6.1.2 好許多，而 效果最好的頻率點也移至800Hz 效果超過 17dB。
400 500 600 700 800 900 1000 1100
50 55 60 65 70 75 80
Control Off Control On
圖6.1.4 耳機內部量測的噪音大小(另一個噪音源)
抑制效果是和沒有數位控制器比較的結果，不過由圖6.1.3 和 1.1 來看有數 位控制器時其大
6.1.2
標準戴法來得到好的抑制效果，不過實際上人 法之下帶其抑制效果的影 響。此以以取樣率48kHz 的 800Hz 正弦波來觀察比較不同戴法對於雜訊抑制效果 的影
6.
小均壓低許多。
耳機不同配戴法的雜訊抑制效果量測
一般設計抑制效果均使用普通
的耳機配戴習慣均不一樣，這裡便是要測試在不同配戴
響。以下分別就正配戴法(Standard)、前配戴法(Front)以及後配戴法(Back)三 種較常見的配戴法做討論。
1. 正配戴法(Standard)
此配戴法是一般人會使用的方法，首先由圖6.1.5 可以看到在正配戴法的情況 下由Cool Edit 所看到的大小。一個有數位控制器而一個沒有數位控制器，計算其 大小(a)圖是 78.35dB (b)圖是 64.24dB。
(a) (b)
圖6.1.5 800Hz(正配戴法) (a)沒有數位控制器 (b)有數位控制器 2. 前配戴法(Front)
(a) (b)
圖6.1.6 800Hz(前配戴法) (a)沒有數位控制器 (b)有數位控制器
由圖6.1.6 可以看到在前配戴法的情況下由 Cool Edit 所看到的大小。一個有
數位控制器而一個沒有數位控制器，計算其大小(a)圖是 75.69dB(b)圖是 62.45dB。
3. 後配戴法(Back)
(
由圖 Cool Edit 所看到的大小。一個有數
位控制器而一個沒有數位控制器，計算其大小(a)圖是 71.14dB(b)圖是 61.32dB。
a) (b)
圖6.1.7 800Hz(後配戴法) (a)沒有數位控制器 (b)有數位控制器 6.1.7 可以看到在正配戴法的情況下由
(a) (b)
最後另外做一個測試就是將具主動式噪音消除 ，
情況之下其是否依然具備噪音消除的功能。如圖6.1.8.所示由 Cool Edit 所看到的 圖6.1.8 800Hz(放桌上) (a)沒有數位控制器 (b)有數位控制器
功能的耳機放在桌上 測試在此
大小，計算其大小(a)圖是 74.89dB(b)圖是 66.99dB。
由之前的測試知道依照戴法的不同會有不一樣的抑制效果，但是有10dB 或以 上的效果，而把具主動式噪音消除功能的耳機放在桌上也有8dB 的抑制效果。最 後由個別的抑制大小結果由圖6.1.9 做統整的表示。
圖6.1.9 不同戴法的抑制效果
6.2 非單頻雜訊抑制效果量測
此節在於實現實際上此全數位噪音消除系統在街道上抑制噪音的效果，比較 其有控制器和沒有控制器的差別。首先拿一段街道上錄到的聲音當雜訊來分別看 有數位控制器和沒有數位控制器的差別，如下頁圖 6.2.1 所示，(a)是以經標準化 的振幅大小表示而(b)則是以常見的 dB 值表示，之後的其他情況也會分別用這兩 種圖來表示。由圖可以看到雜訊分布的主要頻帶在 800~1100Hz，而在數位控制 器的運作之下此頻帶有很明顯抑制效果，而最好的頻率點 709Hz 超過 14dB。同 樣的在拿另一段街道上錄到的聲音作測試，如下頁圖 6.2.2 所示，這一次雜訊分 布的主要頻帶變成500~700Hz，放大這個部份來看數位控制器此頻帶依然有抑制 效果最好的頻率點585Hz 超過 12dB。
0 500 1000 1500 2000 2500
500 1000 1500 2000 2500
0
45 Control On
100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
0 200 400 600 800 1000 1200
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0
0 200 400 600 800 1000 1200
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0
第七章 結論
7.1 研究成果
最後整個平台就是全數位式主動式噪音消除系統(圖 7.1.1)。結合播放聲音的 數位式 Sigma-Delta Modulator class-D 音頻放大器以及數位麥克風和數位控制 器，全部以 verilog 實現系統撰寫在 FPGA 內且經過驗證，若將整個系統體積最 佳化，將可以用IC 模式應用在頭戴式耳機的主動式噪音消除。
7.1.1 全數位式主動式噪音消除系統 圖
全數位化使的體積小，但缺點是因為水床效應在壓抑頻帶以外會使噪音長的 較原先的高，若可以將其頻帶調整在人耳聽不到的範圍，將會使全數位式的主動 式噪音消除系統更完美。如果要配合此需求勢必對於耳機的響應也要有一定的要 求，故一個有好的頻率響應的耳機也是不可或缺的。
7.2 未來展望
在主動式噪音消除的數位濾波器設計上，耳機的頻率響應影響整個設計頻帶 的取向，所以響應太糟的耳機反而會使此設計法無法完全發揮。如果有響應更理 想的耳機此方法的效果將會更加突出。至於數位控制器的設計階數和架構也有很 大的進步空間，可以根據之前在第四章提到的架構選擇做嘗試，相信也可以將數 位控制器的效果大大的提升。
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