Solusi ANC Adaptif Menghadirkan Performa Audio Unggul

Sementara active noise cancellation (ANC) lama menjadi item wajib bagi para audiofil, perannya di pasar saat ini telah berkembang dramatis sejak 2019, saat merek Kalifornian terkemuka meluncurkan earbud pertama yang dilengkapi ANC. Milestone ini memicu kesadaran luas, menjadikan ANC fitur yang tidak dapat diabaikan untuk earbud true-wireless (TWS) dan headset.

Solusi ANC Statis

Selama sepuluh tahun terakhir, sebagian besar headset mengandalkan komponen diskrit. Pada saat itu, hanya sedikit perusahaan semikonduktor yang telah berinvestasi dalam meminimalkan elektronik ANC, membatasi inovasi. Gambar 1 menunjukkan rangkaian ANC statis tipis: semua tahap filter tetap, dengan opsi pengaturan tunggal berupa potensiometer mekanis yang diatur selama produksi massal untuk mengkompensasi toleransi elektro-akustik.

Gambar 1: Rangkaian ANC diskrit dan statis tipis.

Selama lima tahun terakhir, solusi ANC digital telah meluas, menawarkan beberapa keuntungan: tidak perlu komponen RC yang disolder, kemungkinan pembaruan firmware untuk meningkatkan performa, dan stabilitas yang lebih baik selama pengujian lapangan. Namun, fungsionalitas inti tetap sebagian besar tidak berubah, dan desainer masih menghadapi konsumsi daya yang lebih tinggi dan latensi yang lebih besar dibandingkan desain analog.

ANC Adaptif untuk Deteksi Suara Sekitar

Kemajuan node silicon telah menyusutkan konsumsi daya sambil meningkatkan kemampuan DSP, membuka jalan untuk ANC adaptif yang menyesuaikan responsnya dengan lingkungan sekitar. Meskipun terminologi bervariasi di seluruh industri, bentuk paling umum dari ANC adaptif bergantung pada deteksi suara sekitar untuk menyesuaikan karakteristik filter.

Pertimbangkan profil kebisingan pada penerbangan komersial versus kafe yang ramai. Derau jet engine low-frequency mendominasi pada yang pertama, sementara obrolan high-frequency mendominasi pada yang terakhir. Sistem ANC adaptif mendeteksi band frekuensi kebisingan dominan dan mengonfigurasi ulang koefisien filter ANC sesuai, sering melalui DSP sekunder. Gambar 2 menggambarkan proses ini.

Gambar 2: ANC adaptif untuk deteksi suara sekitar.

Beberapa vendor menawarkan multiple profil preset (misalnya, kantor, kafe, pesawat), yang dapat dipilih melalui MCU atau antarmuka pengguna. Solusi yang lebih canggih menggunakan deteksi adegan berbasis jaringan saraf tiruan, memungkinkan headset untuk secara otomatis memilih filter ANC optimal dan bahkan memperkaya profil pendengaran untuk lingkungan tertentu.

ANC Adaptif dengan Kompensasi Kebocoran Otomatis

ANC berkualitas tinggi juga bergantung pada penyesuaian telinga yang tepat: pengepakan yang buruk mengurangi attenuasi pasiva, mengganggu fungsi transfer target filter. Gambar 4 menunjukkan bagaimana tingkat kebocoran menurunkan performa ANC di seluruh spektrum.

Gambar 4: Kehilangan performa ANC berdasarkan berbagai tingkat kebocoran earbud.

Kompensasi ketidakcocokan adaptif mengatasi masalah ini dengan secara dinamis menyesuaikan baik filter ANC feed-forward maupun feed-back berdasarkan pengukuran kebocoran waktu nyata. Ini memerlukan arsitektur yang canggih: DSP latensi rendah yang dapat mengonfigurasi ulang fungsi transfernya secara real-time, sensor tambahan (mikrofon, proximity, accelerometer) untuk mendeteksi penyesuaian dan menghindari instability, dan proteksi algoritma untuk mencegah osilasi feedback.

Gambar 5 menunjukkan kurva gain dan fase target untuk skenario tanpa kebocoran versus kebocoran tinggi, menekankan mengapa desain statis gagal saat earbud longgar.

Gambar 5: Kurva filter target untuk contoh ALC untuk berbagai tingkat kebocoran.

Diagram blok tingkat tinggi di Gambar 6 menggambarkan komponen tambahan: dua DSP, MCU sekunder, dan antarmuka sensor. Kunci adalah rekonfigurasi kontinu, latensi rendah yang menjaga stabilitas ANC sambil menyesuaikan dengan perubahan penyesuaian.

Gambar 6: Sistem ANC adaptif untuk kompensasi ketidakcocokan.

Gambar 7 menyajikan hasil dunia nyata: earbud TWS longgar yang menggunakan ANC adaptif mempertahankan performa unggul di seluruh tingkat kebocoran, dengan penurunan modest pada band frekuensi sangat rendah karena keterbatasan daya speaker. Temuan ini mengonfirmasi bahwa kompensasi ketidakcocokan adaptif dapat secara andal meningkatkan kualitas ANC untuk pengguna yang beragam.

Gambar 7: Kurva performa ALC dengan berbagai tingkat kebocoran.

Iterasi di masa depan kemungkinan akan menggabungkan kompensasi ketidakcocokan dengan deteksi adegan berbasis jaringan saraf tiruan, menyediakan solusi terpadu yang secara otomatis menyesuaikan dengan baik lingkungan dan penyesuaian.

Apakah Sistem ANC Adaptif Membuat Sense?

Preferensi pribadi memainkan peran: beberapa pengguna mengapresiasi performa tanpa tangan yang menyesuaikan secara otomatis, sementara yang lain lebih menyukai kontrol manual. ANC adaptif bukan fitur satu ukuran untuk semua, tetapi menawarkan manfaat nyata untuk banyak pendengar. Produk juga dapat menonaktifkan fitur ini jika diinginkan. Insinyur yang ingin membuat prototipe solusi ANC adaptif dapat menjelajahi platform pengembangan ams AG yang dibangun di sekitar prosesor pendengaran augmented digital AS3460. Alat khusus tersedia atas permintaan.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi ams‑osram.com.

Konten Terkait:

• AI finds its voice in audio chain
• How audio edge processors enable voice integration in IoT devices
• Better audio processing at the edge
• Enhancing active noise cancellation with new automotive audio technologies
• Design considerations for low‑power, always‑on voice command systems
• Low‑power devices could listen with a silicon cochlea

Untuk lebih banyak Embedded, berlangganan newsletter email mingguan Embedded.