# 降噪耳机为什么能用声音抵消声音

By DUSK

Topic: Physics & Chemistry

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## Guide

### 1. 耳边的嗡嗡声，能被声音抹平吗？

飞机和地铁里低沉的嗡嗡声，是空气压力在快速地一推一拉。左边的绿点代表空气：它们只在原地来回挤紧、放松，并没有一路飞进耳朵。用另一个声音，真能让耳边安静下来吗？

示意图（schematic），非真实比例：波长画短了，时间放慢了数百倍。

### 2. 外侧麦克风先“听”一下

耳罩外壳上的小孔里藏着麦克风（microphone）。它把外面的压力变化变成电信号，而且比耳朵更早一点“听到”同一个噪声。绿色光点沿导线把这份测量送往控制器。

外置麦克风的做法叫前馈式（feedforward）；不少耳机还会在耳罩里再放一个麦克风复查剩下的声音。

### 3. 控制器：同频率，反相位

控制器（controller）不会换成“相反的频率”。它保持同一个频率，把波形上下翻转，也就是相位（phase）错开半个周期，再调好幅度（amplitude）。拖动滑块，看珊瑚色的反相信号变大或变小。

波形图中的压力都是归一化值（normalized）：耳边噪声的幅度记为 1。

### 4. 在耳边相遇：相消干涉

扬声器（speaker）播放反相信号。在白色观测点，噪声的“推”遇上反相信号的“拉”，相加后几乎为零，这叫相消干涉（destructive interference）。离观测点远一些，点又开始晃动：安静只发生在耳边这一小块。

把相位误差拉到最大（180°），两个波会叠加成约两倍：时机比音量更关键。

### 5. 一点点延迟，就留下残余

电路和扬声器都需要一点时间，幅度也很难完全一致，所以总会剩下一些残余（residual）。同样的延迟，对更高的音调意味着更大的相位误差。切换到“较高音调”，看白色合成波变大。

示意延迟 0\.12 毫秒：200 Hz 时约差 9°，1000 Hz 时约差 43°。

### 6. 被动隔音与主动降噪

耳垫和外壳的密封叫被动隔音（passive isolation），更擅长挡住较高的声音；主动降噪（ANC）最擅长稳定的低频嗡声。一句话：同频率、反相位的声音能在耳边局部抵消噪声，但并不完美，也不能代替护耳器。想一想：为什么突然的拍手声很难被抵消？

柱子高度只是定性示意（illustrative），不是测量数据。