TWS ANC分离设计与SOC设计对比，实现主动降噪的高性能低延迟器件

耳机已经成为人们日常生活中不可少的电子设备，上班族在通勤路上戴上耳机听音乐看视频已成为一种常态。使用耳机的时候，各种噪声影响着大家的体验，所以很多厂商在耳机中加入了ANC、CVC功能。
 
ANC主动降噪通过麦克风收集外部的环境噪音，然后系统将其变换为一个反相的声波加到喇叭端，最终人耳听到的声音是环境噪音+反相的环境噪音的叠加，这两种噪音叠加从而实现感官上的噪音降低。
 
耳机的主动降噪技术应用
 
主动降噪这个概念其实很早就有了，1933年德国物理学家Paul Lueg就提出了有源噪声控制（主动降噪）的概念，利用声波相消性干涉原理降噪。早期带有主动降噪功能的耳机体积远没有如今这么小，它需要使用很多分立的元器件来实现主动降噪。
 
随着耳机的不断发展，从有线到无线，无线蓝牙耳机如何实现主动降噪？各个厂商都做了不同的尝试。比如华为推出的FreeBuds系列，苹果的airpods Pro等等。目前市面的主流降噪耳机，有三种ANC降噪方案，前馈式、反馈式以及混合式降噪。这三种的技术原理都是一样的，收集外界的噪音后通过DSP数位处理器处理这些收集的噪音。
 

 
（airpods Pro主动降噪，Apple）

 
利用前馈加反馈的混合降噪模式效果最好，但成本和技术难度也是最高的，毕竟复合式降噪技术结合了前馈与反馈的优点。这些耳机能实现优秀的降噪其中都离不开低延时、低功耗的Audio Codec信号链。
 
TWS系统主动降噪分离分案与SOC方案对比
 
TWS系统目前分为分离方案和SOC方案，分离方案主要是Audio Codec放在主芯片之外，所有和Audio Codec相关的器件都和Audio Codec一样接在主芯片之外。SOC方案则将Audio Codec集成在蓝牙主芯片内部。
 

 
（分离方案对比SOC方案，ADI）

 
对ANC系统来说，最难的部分在于ANC开启之后，会接收到各种各样的噪声。其中一部分来自蓝牙的串扰，一部分噪声由ADC采样时引入，还有一部分来自DAC，而且由于DAC在ANC不开启时也会工作，它产生的噪声对音质的影响很大。
 
在分离的方案中，因为Audio Codec部分被分离了出来，天然就与蓝牙部分形成了隔离，因为蓝牙串扰而产生的噪声会比SOC方案低很多。而由ADC、DAC引入的底噪多少则完全取决于信号链上核心器件工艺与性能的高低。
 
在系统硬件设计上，得益于SOC单芯片优势，在硬件设计上会更容易一些。分离方案是双芯片配合，不可避免的会比SOC方案更复杂。另一方面，硬件设计必须要考虑到系统的功耗，分离方案将一部分任务转移到了DSP里面，降低了蓝牙和MCU上功耗，比较起来两种方案各有千秋。软件设计上同样是见仁见智，SOC方案会固化很多软件在内部，很标准但可能独特性不够；分离方案可以单独调整滤波器，可以根据不同要求定制软件对于很多头部TWS大厂来说更有吸引力。
 
ANC与高性能Audio Codec信号链器件
 
ANC中高性能的ADC、DSP、DAC能在保障超低功耗的同时表现强大信号处理能力，给耳机带来更丰富的功能选择和听觉体验。ADI的ANC Audio Codec家族在国内外领先的音频厂商的旗舰产品中有很多应用。目前最新的ADAU1860集成3个ADC、1个DAC以及2个DSP。
 

 
（ADAU1860，ADI）

 
ADI这款新器件从模拟输入至DSP内核再到模拟输出的路径都经过优化，延迟低至5us。32位的HiFi-3z处理内核主频最高100MHz，可编程的低延时音频处理引擎内置双二阶滤波器、限幅器进行混合降噪。
 
ADC和DAC器件一贯是ADI的优势，ADAU1860选用的24位的ADC和DAC延迟极低，且ADC的SNR高达106dB，DAC和HPAMP的组合SNR同样高至110dB。整个器件在3.0mm×2.7mm的封装内功耗也不，非常适用于ANC，只需几个无源组件，就是完整的ANC耳机解决方案。
 
小结
 
高性能的ADC、DAC降低底噪干扰，高性能FDSP提升系统效率降低功耗、TDSP带来更多算法和功能。底层数字技术的提升配合高性能器件为降噪耳机的降噪和噪声过滤奠定了基础，不仅消除了此前无法消除的噪声，还能广泛地自定义声音，使其能够实现众多功能和特性。