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TWS耳机
2020-07-24
     在上一期的文章中小编解析了TWS耳机的5大关键性能指标,其中的一项是关于降噪的,那这期小编请我们的资深算法工程师Alex Zhou来深度解析TWS耳机关于降噪的ANC和ENC它们到底是什么?它们的原理又是什么?


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     ANC是Active Noise Cancellation的缩写,译为主动降噪。众所周知,声波在空气中的传输时会相互干涉。当两个频率和振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会产生干涉现象。如果两个声源的相位相反,两个声波叠加后幅度减小声压减弱。若两个声波的幅度相等,那么就会完全抵消。ANC正是利用了声波相消干涉的现象,其工作原理为耳机根据采集到的噪声生成一个与之频率和幅度相等,但相位相反的声波,并由扬声器在耳道内播放。最终人耳听到的即是环境噪声和反相了的环境噪声叠加的结果。因此,听起来感觉噪声变小了。ANC主要降低环境中的中低频噪声。从而使消费者即使是在嘈杂的环境中,不需要提高音量,依然可以欣赏音乐。



     TWS耳机ANC包括FF(前馈式)、FB(反馈式)和Hybrid(FF+FB,混合式)。前馈式耳机使用耳罩外的参考麦克风采集噪声信号的主动噪声控制系统。前馈式ANC的优点是只接收耳罩外的噪声,并不接收扬声器发出的声音,没有构成闭环系统,不会引起振荡和啸叫。缺点是噪声经过耳罩并在耳罩内多次反射,大小和相位发生了变化,同时需要控制器的滤波器长度较长,耗费计算资源。反馈式耳机使用耳罩内的误差麦克风采集噪声信号的主动噪声控制系统。反馈式ANC对窄带噪声非常有效。但一般要求扬声器和误差麦克风的位置十分接近,否则容易引起系统振荡或者啸叫。混合式则是前馈式和混合式的结合。混合式有效地结合了前馈式和反馈式的优点,降噪效果比单一的前馈式或者反馈式好。但系统的架构相对复杂,成本也会增加。



 

     ENC全称是Environmental Noise Cancellation(环境降噪技术)。ENC包括单麦环境降噪和双麦环境降噪。单麦环境降噪通常以环境噪声为随机平稳加性噪声、且与语音信号不相关为前提估计噪声,然后进行滤波。因此,单麦环境降噪的效果比较差。双麦环境降噪则是通过双麦克风阵列,精准计算通话者说话的方位,在保护目标语音的同时,滤除环境中的各种干扰噪声。其工作原理大致如下:在进行环境噪声滤波模块计算之前,先校正语音麦克风和参考麦克风的增益,以及两个麦克风的时延。然后检测语音麦克风采集到的数据是否为语音段。若为语音段(即上行通话),则根据参考麦克风采集到的环境噪声和语音麦克风的语音数据,预估环境噪声,并计算相应的噪声抑制参数,最终由滤波器模块滤出环境噪声;反之,不进行环境噪声滤除,上行通话输出为静音。ENC主要降低通话时非目标语音噪声,确保通话清晰。



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