在TWS耳機領域,對產品的便攜性要求較高,耳機必須要做到足夠的小巧才容易被用戶接受。
在如此小巧的TWS耳機中加入降噪功能,是目前音頻廠商共同面對的難題,今天我們來就來針對性的聊聊TWS耳機降噪技術是如何實現的。
通話降噪與主動降噪,區別是什么?
主動降噪和通話降噪是不一樣的降噪技術,主動降噪是起到把環境噪聲最大程度地抵消,讓使用耳機的人享受安靜的環境。
而通話降噪則是另一個方向的應用,它可以讓使用通話降噪耳機的人在嘈雜的馬路邊打電話,或者在飛馳的摩托車,在開著音樂,或開了車窗的汽車行駛中的汽車里打電話,電話另一邊的人也能清楚地聽到你的講話內容,噪聲基本傳不過去。
簡單說,主動降噪,就是使用耳機的人爽,而通話降噪,就是電話另一頭的人爽。
通話降噪,3大主要技術
1, Beamforming 指向增強技術
2, 自適應濾波技術
3, 上行骨傳導技術
這3項技術,其實并不是新的技術,我們的手機,基本都有2顆麥(一個在充電口旁邊,另一個在相機鏡頭旁邊),默默地在幫助我們進行通話降噪好多年(所以,有時用耳機打電話怕講不清楚時,我們習慣關掉耳機,直接用手機,就主要是這個原因)。
上行骨傳導技術本質是通過采集臉或聲帶的振動信號,進行通話內容的傳輸,因為環境噪聲傳導介質是空氣,而直接用加速度傳感器采你臉上或聲帶的振動,則可以隔離環境噪聲,這項技術在軍事上應用十分廣泛,在坦克里打電話,直升飛機上打電話,就都有用此項技術。
現在,TWS耳機的形態,加速了這3項技術在耳機上的應用。TWS耳機的高耳夫球桿的形態,讓雙麥的距離能布置得更遠,提升了beamforming的算法效果。
TWS 半入耳的形態,讓耳軟骨的振動能更高效地傳遞給加速度傳感器,上行骨傳導能得到更高信噪比的信號。同時,藍牙芯片計算能力與功耗的優化,使得這些算法能更好地跑在TWS芯片里。
通話降噪,接下來將會成為中高端TWS耳機的標配,耳機工廠需要敏感地把握住這個趨勢,在測試設備的投資上進行比較謹慎地選擇,需要選擇那種可以升級后進行通話降噪測試的系統,避免再花不緋的價格升級現有藍牙音頻測試系統,或購買新的支持通話降噪測試系統。
而實際上,只要規劃得好,常規藍牙聲學與通話降噪,是可以在一個站上完成的,只要測試系統支持這樣做。
1. 研發階段,進行通話降噪效果測試的手段
1.1 研發階段Beamforming 算法降噪效果怎么測
下圖是我們在辦公室進行TWS耳機的Beamforming降噪效果測試。
系統架構如下圖,我們通過轉臺TT625,測量耳機的每個角度的HFP傳輸能量,如果我們使用掃頻信號,就可以認為在自適應濾波器還沒收斂完成,即可以認為收到的信號都是只有beamforming 指向增強處理后的信號。
下圖是AirPods和某品牌的TWS耳機的Beamforming 降噪效果對比
從上面2個圖,可以看出,AirPods表現十分優異,在90度急劇衰減,這樣體現出來就是你用AirPods打電話時,這時如果有一個和你同等身高的人對著你耳朵方向講話,其聲音也會被急劇衰減,幾乎傳不到你電話對方的那頭去,當然,你走在路上,汽車喇叭聲也幾乎會被衰減掉,這樣就起到很強的通話降噪效果。
1.2研發階段自適應濾波算法怎么測
研發測試,不僅僅需要針對beamforming效果進行量化,還需要進行自適應濾波器收斂效果,甚至進行收斂時間的測試,AudioExpert平臺都是支持,其思路和接下來要講的量產測試方法里的開關測試法類似,這里就不多講,我們繼續來看量產的測試手段。
2. 量產階段,進行品質把控的測量手段
這兩年來,美格信支持過一批批的頭戴游戲通話降噪耳機,TWS通話降噪耳機的量產測試,現在把積累的經驗介紹給大家。
量產主要的測試方法有3種:
1、信噪比測試法
2、回路測試法
3、開關測試法
這3種方法,有優有劣,美格信的系統,都無縫支持,下面進行分析介紹。
2.1信噪比測試法
這種方法,不需要芯片商指令支持,基本上哪家儀器都能支持,而且測量環境與真實使用環境比較類似,測試出來的降噪數據接近真實效果。但由于算法一直開著,容易受環境干擾,測試數據不是很穩定,有時需要復測才能通過,再加上需要一些時間等待收斂,測試效率和良率都比較低。
評價:入門階測量
量產推薦指數:三顆星
2.2 回路測試法
這種方法,需要芯片廠商或方案商的支持,必需進行DUT控制,而且TWS形態上,又不支持太多頂針點,所以一般走的是SPP或BLE協議。但由于這種測試方法是剝離了算法的影響,所以基本上可以把雙麥的品質與裝配誤差測出來,一致性非常高,而且無收斂時間,測試效率也高,高端品牌而且重視通話降噪品質的,基本會傾向于采用這種方式。目前,美格信的系統可以支持這4家芯片的DUT控制,BES,Airoha,REALTEK,QUALCOMM。
評價:高級測量
量產推薦指數:五顆星
2.3 開關測試法
這種方法,通過DUT的開關,測試噪聲能量的穿透效果,由于這種測試只有一個角度,beamforming 的噪聲抑制能力基本被忽略,而且還需要DUT指令,還要等待收斂的時間,所以這種方法在量產上是的最不推薦。但推薦使用在研發階段,測試自適應濾波器的效果,早期單麥降噪的量產測試,也有部分廠商選擇這種方式。
評價:入門級
量產推薦指數:一顆星
美格信喜歡標準化的設計,從軟件平臺化,硬件模塊化,系統單穴化,長遠看,這樣可以釋放用戶的靈活度,對用戶來說是最有利的。但短期內,對用戶的知識水平要求比較高,使用起來可能感覺比較吃力,但人總是要往前看的,使用美格信的東西,用著用著,測試原理就都懂了,自己也就上一個臺階了。
不僅如此,我們設計的單穴化系統,支持TWS常規聲學與上行降噪合并(上行降噪必將成本中端TWS耳機的標配功能),所以,此設備的投資也兼容行業發展需求,符合行業長期發展的技術趨勢。
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