概述
主動降噪(Active Noise Cancellation)和通話降噪(aka 環境降噪, Enviromental Noise Cancellation)是不一樣的降噪技術,主動降噪是在自己這端把環境噪音抵銷,讓自己聽到的聲音不受嘈雜的環境干擾;而通話降噪則是將自己這端所接收到的聲音,透過演算法將環境噪音消除,使通話的對方能夠聽清楚你的講話內容。使用具有ENC技術的耳機,即使發話人身處嘈雜的馬路邊、飛馳的摩托車上或是開著車窗的行駛中的汽車裡,受話人也能清楚聽到你的講話內容。簡而言之,主動降噪,就是讓自己聽得清楚,而通話降噪,就是讓通話對方的人聽得清楚。
通話降噪的主要技術有3個:
- 自適應濾波技術(Adaptive Filter)
- 波束成形指向性增強技術(Beamforming)
- 上行骨傳導技術(Bone Conduction)
這三項技術,其實並不是太新的技術,在我們的手機上,基本都有2顆麥克風(可能一個在充電口旁邊,另一個在相機旁邊),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,就是這個原因)。上行骨傳導技術的本質是,透過收集臉頰或聲帶的振動訊號,進行通話內容的傳輸,由於環境噪音傳導介質是空氣,直接用加速度感測器收集臉頰或聲帶的振動,就可以避免將環境噪音收進傳輸設備裡,這項技術在軍事上應用十分廣泛,比如在行駛中的坦克或直升機裡打電話,都能看到此項技術的應用。
現今TWS耳機的設計外形,加速了這三項技術在耳機上的應用。 TWS耳機類似高爾夫球桿的形狀,讓雙麥克風的距離能佈置得更遠,提升了beamforming的演算法效果;而TWS耳機半入耳的形式,讓耳軟骨的振動能更有效率地傳遞給加速度感測器,上行骨傳導能得到更高信噪比的訊號;同時,藍牙晶片運算能力與功耗的進步,使得這些演算法能更好地在晶片裡運行。
什麼是Beamforming雙麥克風波束成形?簡單來說,此技術利用兩個麥克風收集到的語音訊號進行相位差處理,實現定向收音,增強耳機佩戴者的語音並抑制環境干擾和噪音,從而使噪音環境下的語音通話更為清晰。
以下為Beamforming指向性增強技術的性能測試方案。
硬體配置圖

系統架構如上圖,我們透過高精度轉台TT625,測量耳機的每個角度的HFP傳輸能量。如果我們使用快速掃頻訊號,在自適應濾波器還沒收斂完成時,就可以認為收到的訊號都是只有beamforming指向性增強處理後的訊號。
以下我們將AirPods與某品牌TWS耳機的Beamforming降噪效果做對比,
AirPods Beamforming降噪效果:

某品牌TWS耳機Beamforming降噪效果:

從上面兩張圖可以看出來,AirPods表現十分優異,在90度急劇衰減,代表你用AirPods進行通話時,如果有一個和你同等身高的人對著你耳朵方向講話,其聲音會被急劇衰減,幾乎傳不到你的對話方那端。當然,你走在路上,左右兩側及後方的汽車喇叭聲也會被大幅衰減,這樣就能得到很好的通話降噪效果。
系統組成
- 分析軟體 AudioExpert Basic
- 分析儀 PM6143, 1 unit
- Bluetooth Adapter U982, 1 unit
- 人工嘴 AM581, 1 unit
- 高精度程控轉台 TT626, 1 unit
- 電腦主機, 1 unit
- 顯示器, 1 unit
- 無響箱 AB04, 1 unit
- 工作櫃 D04, 1 unit
- 客製化治具, 1 unit
- 客製化測試序列, 1 unit