關于ENC(環境噪音消除)的那些事
2020.05.06

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序言

據市場調研機構Counterpoint Research報告稱:到2021年,真無線(True Wireless Stereo,簡稱TWS)耳機的市場預計可達270億美元。

AirPods Pro的發布再一次引領TWS風潮,大家紛紛把目光投向TWS + ANC(主動降噪)的組合,卻忽略了通話降噪的部分。對于TWS耳機,比起ANC功能,通話降噪才是真正的剛需。通話功能不夠優秀的TWS耳機,附加的ANC功能也將食之無味,棄之可惜。反觀AirPods Pro,真的是在通話降噪的部分下足了功夫,參見之前的文章《藍牙耳機骨聲紋測試》。

TWS耳機未來的關鍵詞將是:主動降噪(ANC) +通話降噪(ENC)。

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ENC簡介

ENC(Environment Noise Cancellation,環境噪音消除)的實現方法多種多樣,成本和性能各有優劣。但他們的核心和原理都是一樣的:傳感器(麥克風,骨傳導等)+ 降噪算法加持。本文對ENC技術的概念和原理進行了簡單的解析和介紹,而重點則是針對最常用的ENC生產測試提供解決方案。

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常見混淆概念

ENC與ANC

ANC(Active noise cancellation,主動降噪)耳機系統通過麥克風采集環境噪聲,并將此噪聲的反向波加到喇叭端,人耳聽到的是相位相反的兩種噪音疊加結果,于是達到了消噪的目的。ANC功能,是為了讓用戶,從耳機內獲取到更純凈的原始信號。更多的細節不再贅述。

ENC與ANC最明顯的區別就在于,ANC的受益人為使用耳機本人,通過ANC的功能,可以讓用戶自身免受環境噪音干擾;ENC的受益人則是通話的另一方,通過ENC減少環境噪音對通話的影響,讓對方聽到純凈的語音。前者讓自身聽感環境更加安靜,后者讓通話的另一端聽感環境更加安靜。


DSP與ANC

DSP(Digital Signal Processing)與ANC的原理一樣,都是相位相反信號的疊加。而它們的不同之處有二:(1)混疊的信號類型不同:ANC混疊聲信號,而DSP混疊數字電信號(2)混疊的位置不同:ANC是在喇叭到耳膜這段空氣中,進行聲信號的混疊,而DSP是在耳機系統內部進行電信號的混疊。


CVC與ENC

CVC(Clear Voice Capture)可以理解成一種算法或者軟件,主要針對通話過程中的回音,受益人為通話的另一端。回聲消除不好的耳機,通話另一端會聽到自己的聲音。而ENC則是針對環境噪聲,雖然受益的都是通話的另一端,但是針對的干擾信號不同。

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雙咪降噪原理

其實大家對雙Mic降噪應該并不陌生,幾乎所有的智能手機都配置了此功能,用于保證通話的效果。通話mic的位置大家都清楚,那用來采集背景噪聲的降噪mic呢?筆者選擇了兩款比較火爆的機型,來進行介紹。

iPhone11 Pro降噪Mic位置

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華為Mate30降噪Mic位置

TWS的雙咪降噪原理與手機的別無二致,請參考下圖。

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TWS雙Mic位置

為了方便大家更好的理解雙咪降噪的原理,筆者畫了兩幅簡圖來做一個簡單的圖文說明。

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雙咪降噪原理介紹

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通話降噪實現方法

如圖所示,當我們在一個嘈雜的環境對通話Mic講話時,會產生兩個電信號,一個是我們的語音信號VVoice1,一個環境噪聲信號VNoise1;同時降噪Mic也會產生一個我們微弱的語音信號VVoice2,和一個環境噪聲信號VNoise2

因為通話Mic和降噪Mic距離的原因,產生的VVoice1將會遠遠大于VVoice2;而與之相對的環境噪聲,并不會有這個問題,所以VNoise1與VNoise2近似相等。系統內部就可以用一個差分放大電路通過運算:

V通話Mic – V降噪Mic =( VVoice1+ VNoise1)-(VVoice2+ VNoise2)≈ VVoice1

通過雙麥克采集配合差分放大電路的綜合作用,就實現了清晰的拾音。當然這只是一個簡單的原理介紹,實際應用還需要搭配更多器件和設計。

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雙咪降噪測試原理

信噪比測試法

這里,先介紹信噪比測試法。因為比起第二種測試方法,信噪比測試法效率更高,測試速度更快,更適合走量的產品去使用。

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信噪比測試法原理圖

(1)Talk Mic(通話麥克風) / ENC Mic(降噪麥克風)同時打開。

(2)通過0°方向仿真嘴發送掃頻信號,通過通話錄音,FFT計算,倍頻程濾波及平滑得到“信號頻譜曲線”,90°方向仿真嘴發送噪聲信號,通過同樣方法得到“噪聲頻譜曲線”

圖表1.png

信號頻譜曲線 (A為良品、B為不良品)

圖表2.png

噪聲頻譜曲線 (A為良品、B為不良品)

(3)信號頻譜曲線 – 噪聲頻譜曲線 = ENC曲線。

(4) 由于良品在90°方向對噪聲抑制作用好,噪聲曲線就會靈敏度偏低,ENC曲線較高;而不良品在90°方向對噪聲抑制較差,則噪聲曲線靈敏度偏高,ENC曲線偏小。通過針對ENC曲線設置規格,來起到過濾不良品的作用。

圖表3.png

回聲(Echo)曲線 (A為良品、B為不良品)

主副Mic切換法

同一款耳機,有著同樣的降噪算法和電路、同樣的耳機結構,因此良品和不良品的差異來源,無非就是雙Mic的錄音性能差異。

基于這種原理,有了第二種測試方法:通過指令(一般使用藍牙SPP協議)來實現單獨打開Talk Mic、單獨打開ENC Mic以及雙Mic同時打開,并分別在三種情況下測試并管控Talk/ENC/All Mic的FR。

這種方法管控的更加嚴格,精度也更高,更適合高端的產品。但由于測試了多次FR,效率上略遜于信噪比測試法。

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雙咪降噪測試方案

我司深耕聲學測試二十余年,可以為您完美提供各種音頻測試解決方案,ENC測試當然更是小意思啦~

下面為大家簡單介紹筆者親身經歷的兩個大項目,產量都是百萬級別的,來給大家做參考:

信噪比測試法   

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產測機臺示意圖

信噪比.gif

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信噪比法測試流程

這里有兩點需要注意下:

(1)HFP SPK測試:打開SCO通道的SPK測試,頻響曲線接近于mic曲線,評估通話狀態時的SPK性能

(2)回聲測試:帶有雙咪的ENC降噪耳機,裝配上自然會比單咪要難一些,耳機內部mic和SPK密封不良會產生回音表現為耳機通話的另一方會聽到自己聲音的回聲。

測試通路:DUT SPK ----DUT mic

評定指標:FR靈敏度&加權終端耦合損耗(TCLW),靈敏度越低,TCLW越高代表回聲性能越好

圖表5.png

回聲(Echo)曲線 (A為良品、B為不良品)

主副咪切換法

此方法與前一種方法設備配置基本一樣,不同的地方有兩點:一是引入SPP指令來控制主副咪的切換;二是引入了麥克風氣密性檢測,方法是通過蘭丁膠封住麥克風再測試一下頻響,通過差值來表征。氣密性好的麥克風,理論上衰減會大很多。

雙咪測試.gif

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主副咪切換法測試流程


小結  

作為TWS耳機功能中非常重要的一環,ENC功能在復雜環境中對通話效果有著決定性的效果。而雙咪降噪作為最簡單也是最通用的ENC方案,廣泛應用在各款通話設備中,也將仍然是未來幾年的主流選擇。


隨著TWS市場的增長,無疑會有著大量競品出現其中。如何從市場內脫穎而出成為爆款,除開品牌本身附帶的價值外,就要依賴于各方面優秀的表現。而作為一款TWS耳機,通話降噪所帶來的提升無疑是非常重要,而又被很多人忽視的。因此做好這個功能,將會成為一個巨大的競爭優勢,從而獲取更多的市場。


我司的耳機ENC測試系統提供了穩定高效的產線測試方案,幫助眾多廠商與品牌實現了在產線上100%的ENC品質管控,取得了良好的市場反饋。歡迎有著各類聲學測試需求的客戶與我們聯系,我們將提供最佳的方案為您解決問題~


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