在喧闹的都市中能寻求安静是件幸福又艰难的事情，因为即使宅在家中，各种城市背景噪音还是能顽强的钻进你的耳朵。几个月前，我去逛苹果店的时候，看到和苹果有战略关系的Bose某系列降噪耳机也在卖。有源主动降噪技术我很久前就耳闻于各种科普资料中，但采用该技术的耳机真品却是第一次见识，带着好奇我戴在脑袋上试听一下。我可以很准确的说出刚带上瞬间的那种感觉，就是咣当一下，熙熙攘攘人头攒动的苹果店一下子安静下来，这种视觉和听觉的不匹配还让人有点不适应。也就是那一刻，我立刻下决心买一套回来，因为这太适合我这个宅男了。用了几个月，我依旧时不时赞叹怎么会有如此优质的产品，即使因为带着它我曾两次地铁做过了站，在家里也多次错过家人的召唤，但我还是基本上养成了习惯，只要回家做完该做的事情，就会带上耳机，要么听音乐，要么根本就不听音乐，就是为了寻求耳机送给我这不能更美好的沉寂世界。
一个耳机是如何实现降噪的呢？先说说我们怎么听到的声音吧。中学的物理常识告诉我们，人能听到声音其实是人的听觉对传入耳道内声波的反应。声波是由发声体（声源）产生的振动推动空气（介质）形成可四面八方传递的机械波。声波通常是纵波，声源的振动会积压围绕声源的介质（空气），就会在介质中出现可扩散传导的压缩和舒张。
两次压缩之间的距离就是波长，而被压缩的质点离开平衡位置的距离就是振幅，频率则是每秒中压缩的次数，通常人能听到的声波频率在20赫兹至20000赫兹之间。对声波来说，振幅决定了声音的强度（响度），振幅越大，声音越响，频率则决定了音调的高低，频率越高则声调越高。大脑的听觉中枢能“翻译”出声波的振幅和频率代表的含义，因此我们可以听到五花八门的声音，其中就包括音乐和噪声。
为什么有的人听重金属摇滚会觉得甜如甘怡，而有的人听到会烦躁到脑袋爆炸，这似乎预示着判断音乐抑或噪音要凭借主观喜恶。其实科学界对音乐和噪音奋斗区别有清晰的定义，音乐是有着明确的、可重现的波形，而噪声的声源做的是无规则振动产生的，其频率、强弱变化杂乱无章不可预测，比如白噪声就是最复杂的噪声类型，充斥着频率不同但振幅相似的声波。特别是生活在周边充斥各种噪声源的城市中，如果持续暴露在噪声环境中，不仅人会变得烦躁不安，还会造成生理损伤。因此如何降低噪音水平一直是人们的努力目标。这就要说到具备降噪功能的耳机了。
降噪耳机有主动和被动两种类型，从技术上来说，任何类型的耳机都提供了无源降噪（被动）的功能，这是因为带上耳机后，就会在人耳和周围环境中间插入了一个屏障，耳机的材料能阻挡噪声波，特别是频率较高的声波。根据测算，头戴式耳机能提供最好的无源降噪性能，多层高密度泡沫可把噪声降低约15至20分贝（分贝dB是声强的单位，用对数表示，10分贝表示响度变化10倍，降低20分贝指响度会减少20倍）。但提高被动降噪能力的耳机必然会带来体积硕大、重量沉重、佩戴不舒服问题，再加上喷气客机的机舱内噪声水平高达75至80分贝，被动降噪模式的局限性尤为明显，主动降噪技术有了用武之地。
主动降噪是一种有源（需要额外能源供给）的降噪模式，从外型看主动降噪耳机和被动降噪耳机没有区别，所以主动降噪耳机本身具备被动降噪功能，亦即它的结构本身可以阻挡高频噪音声波。但令人惊奇的一点在于，它还会主动“抹除”低频噪声波来提供更好的降噪功能。这是怎么做到的呢？
看插图就会了解其中的原理，原来所谓的主动降噪，是耳机自己制造一个和“入侵”噪声波频率和振幅都一样的“新噪声波”，只不过这个新噪声波和要抵御的噪声波相位恰好差了180°（n=1时），经过干涉后噪声波会被抑制下来，那么人的听觉也就感受不到噪音，达到消除噪声的目的。打个比方，原来能听到噪声是因为声波传动的机械能可以自由的拉扯空气中的分子，而主动降噪则提供了一个适时方向相反的抗衡力量在拔河，你使多大力气往后拽，我就使一样的力气往前拽，对于那些空气分子来说，就既不向前也不向后，形成稳定安静状态。这种主动发出与噪声相位相反的机械波，与噪声叠加后代数和为0（或者变小）的过程，在物理学上有个术语叫相消干涉，以此达到降低噪声的目的。
理论容易理解，但实现可就不那么容易了。以Bose某主动降噪系列耳机为例说明，它需要几个组件一起协作完成这项工作，首先是麦克风，用来捕捉需要被抑制的噪音声波。被听到的噪声声波被传到至专门的降噪电路中，在降噪电路中有个性能优异的数字信号处理器（DSP），可从接受到的噪声信号中把“声纹”（也就是编码方式标识噪音的频率、振幅等指标）提取，然后将其相位反转180°（也就是一个π），最后通过扬声器播放出来，达到相消干涉。当然整个接收、提取、转换和播放过程是需要消耗能源的，所以还需要电池供电。可以想象整个过程对处理器的运算速处理度要求很高，耳机距离耳膜也就3厘米左右，依照声速每秒340米计算，主动降噪的反应时间是十万分之八秒，如果处理速度超过这个时间，不但不能抑制噪音，还多了一个”主动“噪声源。
借助主动降噪技术，这种耳机还能额外提供降低至少20分贝的噪音能力，这就意味着70%的环境噪音可被有效阻挡，足以让主动降噪耳机成为飞机火车旅行、开放办公环境以及任何具有高背景噪音环境的理想工具。要说负面因素也还是存在的，比如太安静容易忽略必要的语音提醒，可能会耽误事情，而且因为降噪效果太好，在开始不习惯的时候，耳道会有点内外压差的感觉，公平的说，这也是所有头戴耳罩是式耳机的共性。
降噪耳机的真的会给旅行者身心带来愉悦的感觉，因为长时间暴露在低频噪音环境下会让人更不安和疲劳。根据我的个人体验，它属于一旦用上了就再也戒不掉的优秀工具，虽然Bose耳机的音响效果非常棒，但更多时候我只是用来单纯降噪，一点点宁静对我来说都能成为美好的音乐。
再说三点这款耳机和主动降噪无关的优点，一是无线的体验真是好，完全没有各种线缆接驳缠绕的束缚，其次耳机对多个设备支持的很好，配对成功后可以轻松的在手机和笔记本电脑中切换（最多只按一下按钮），最后是续航能力优秀，主动降噪虽然一直耗能，然而购买几个月来我也就充了三四次电，长途旅行基本没有什么续航焦虑。
（本文参考了https://electronics.howstuffworks.com/gadgets/audio-music/noise-canceling-headphone.htm等多篇文章）
