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降噪耳机:喧嚣中,用专利还你一片宁静

08-10 2017

如果你是一位商务人士,经常打“飞的”往返于不同城市或国家之间,机舱中的噪声常常会干扰你闭目休息或听音乐放松;如果你是学生一族,当你需要专注于思考重要课题时,风扇空调嗡嗡作响,身边同学交流讨论,难免影响效率;如果你是地铁族的一员,身处喧嚣拥挤,仍想利用碎片化的时间充实提高,上一节音频课程……置身这些场景中,你都应该拥有一款降噪耳机。



国外企业占据市场

降噪耳机的工作原理有两种,即主动降噪和被动降噪。被动降噪采用的是简单的物理方法,利用材料的各种特性,对噪声源采取隔离、减震、阻尼等方式来减弱噪声。但由于噪声没有经过降噪电路芯片处理,一般只能阻隔高频噪声,对低频噪声作用甚微。为了克服被动降噪的缺陷,主动降噪产品应运而生,其采用“有源消声”技术,在结构上有一个内置麦克风和声学处理器,先通过麦克风收集外界的噪声,然后再通过处理器分析,产生反相的声波抵消噪声。由于主动降噪处理时间上相对滞后,其只能处理有规律的环境噪声。比较而言,当噪音较大且持续时间较长时,主动降噪的降噪效果要明显优于被动降噪。因此,在技术创新方面,各国企业和科研机构更专注于主动降噪的方法改进。

主动降噪耳机的起源可以追溯到上世纪80年代,BOSE的科研人员第一次把主动降噪技术运用到了实践当中。耳机主动降噪技术主要有前馈式和反馈式两种方式,前馈式主动降噪中噪音的消除回路是开环的,而反馈式主动降噪通过闭环回路反馈自动调节,能更加精确地反馈耳朵附近的噪声,降噪效果更好,但结构、电路及调试工作也就相对复杂。因此,对体积要求更高的入耳式耳机一般采用前馈式系统,对体积要求不太高的耳罩式耳机大多采用反馈式系统。

企业看重中国市场

笔者经过检索发现,降噪耳机的中国专利申请共410件,2000年以前仅有8件,其中包括BOSE1件涉及利用减振材料进行无源衰减和利用激励器进行有源消声相结合的专利申请,还包括1件中国的个人申请,该个人申请的降噪耳机采用的正是主动降噪的基础方式。

笔者对该领域中国专利申请与全球专利申请的数量进行对比发现,2005年至2017年,国内申请量与全球申请量的发展趋势相似,国内申请的增长速度略低于全球增长速度,我国在全球申请总量的占比由2005年的不足3成发展到2017年的近5成。可见,中国市场对于世界市场的影响力越来越大,所占份额逐年加大,其他各国都在积极布局中国市场。

从中国专利申请的申请人排名来看,该领域专利申请量最多的申请人为歌尔股份有限公司(原歌尔声学股份有限公司)及其控股的子公司(38件),紧随其后的是BOSE32件)。随后依次是索尼、欧胜微、三星、华为、哈曼/贝克尔(HARMAN/BECKER)、安百特半导体、中兴通讯、高通,这些企业的专利申请数量均在5件以上,前两名企业的优势比较明显。此外,从申请人所属地域来看,前11名申请人中,国外企业分别为美国(2家)、日本(2家)、英国(1家)、德国(1家),总体来说,国内企业与国外企业实力相差无几。

从企业性质来看,前11名申请人中,3家企业属于综合通信解决方案提供商,2家企业将电子通信作为主营业务之一,虽然这些企业在申请数量上并不占优,但体现了在移动互联网时代的大背景下,由于降噪耳机与移动通信及其服务密切相关,这一技术领域正在吸引跨领域的科研力量不断参与进来,并不排除通信领域企业与专业的耳机制造商以及相关集成芯片提供商之间开展合作研发的可能。

国内企业蓄势待发

中国在降噪耳机领域专利申请量居首的是歌尔股份有限公司(下称歌尔公司),其成立于2001年,20085月在深圳上市,是中国电声行业的龙头企业,也是全球微电声领域知名厂商,其主营业务为电声器件、光电产品、电子配件和LED封装及相关产品的研发、生产和销售。该公司主要为全球顶级厂商提供产品和服务,客户涵盖三星、苹果、LG、松下、索尼、谷歌、微软等。歌尔公司在生产业绩上取得了不俗成绩,微型麦克风领域市场占有率、蓝牙耳机ODM业务量等在国际市场上排名领先。然而,这样一家市场覆盖全球、业绩斐然的中国企业,为什么在高端降噪耳机市场中却不见踪影呢?

笔者对歌尔公司在降噪耳机领域的专利申请进行进一步分析发现,虽然其成立时间不短,但前期主要作为行业内全球知名企业的产品和服务提供商,并没有形成自主知识产权,直至2011年才提交了该领域的相关专利申请,在2016年达到19件的年申请量峰值。在技术层面上,歌尔公司的专利申请不仅涉及被动降噪的减噪材料和结构方面的改进,还涉及主动降噪的麦克风降噪、声学处理器前馈式处理和反馈式处理降噪方面的改进,同时也涉及主被动降噪的结合方式的创新,也就是说,该公司从可能实现降噪的多个角度进行了专利布局。

其他的国内企业在该领域的专利布局也在近几年密集起来,由此可见,虽然起初国内企业在该领域的技术创新起步较晚,基础核心技术欠缺,真正的高端或自主品牌几乎是空白,代工或山寨产品居多,但国内企业后劲十足,并且由于前期对国外相关技术的学习借鉴和实践经验的试错累积,逐渐探索出适合自己的生存发展之道,在专利申请的数量上已经略有优势,专利质量也在不断提高。

随着电子产品消费市场的不断发展,日常生活中,越来越多的人们开始使用降噪耳机来体验完美的声音世界,对音质的要求也愈加严格。鉴于各方面的突出优点,主动降噪方式仍然是未来的技术发展方向。虽然主动降噪的基本概念并不复杂,但如何实现高品质的降噪效果却并不简单,特别是滤波电路的设计及生产控制更加关键,国内相关企业不妨在这些方面加大技术研发力度。

首先,在电路设计上,虽然绝大多数厂家采用的是模拟电路,但也可在一定程度上结合数字电路,发挥其根据环境自动进行功能调整以及可利用软件实现智能处理的长处。其次,由于采用有源方式,在耳机的音质上可以采取灵活的电路补偿方式来修正系统的音响特性曲线,在这种技术下,也就容易根据不同的特殊应用人群进行个性化定制。此外,有源降噪耳机还可以通过对电路的改进,设计一些特殊功能的应用,如通话语音清晰功能,也可以实现非常高质量的声音还原,达到监听级别。



监听耳机和普通耳机有什么区别


监听耳机,顾名思义就是为了监听声音而打造的,为了能够听到最为接近真实的、未加任何修饰的音质。那么监听耳机和普通耳机有什么区别?这里给大家介绍下。


一:含义不同

监听耳机是没有加过音色渲染的耳机,是相对于高保真耳机而言的。通过监听耳机,能够听到最为接近真实的、未加任何修饰的音质。普通耳机面向民用消费领域,用来欣赏音乐、收听广播、观看电影。


二:音质不同

监听耳机相对于普通耳机来说是几乎没有加过音色渲染的而并非是完全没有加过音染的耳机。因为监听耳机有频率响应较宽,速度较快的特点,所以监听耳机极大程度地提高了声音的还原度,增强了声音的保真性。而普通耳机是通常是加过音色渲染美化的,使声音听起来更动听。


三:用途不同

监听耳机由于声音的保真性强,隔音出色,声音灵敏度高阻抗小,密闭性能好等特点广泛用于现场返送,缩混监听,广播监听,扩声监听,专用监听上,提高语音的辨识程度。普通耳机因其是经过音色渲染的,一般用于听音乐,收看电影,玩游戏等娱乐方面。


四:舒适性不同

监听耳机为了保证良好的密闭性,一般采用坚固耐用的材质,所以佩戴舒适度一般;普通耳机体型较小,为了携带方便,一般较轻盈而佩戴的舒适程度较监听耳机高。当然这并无绝对的界限,佩戴舒适感这也是要因人而异的。
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