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TWS耳机降噪能力要看哪些关键因素

时间:2022-09-16 10:50:24  来源:IT时报  作者:

 

来源:IT时报

苹果上周推出的新品中,更新时间间隔最长的是AirPods Pro 2,第一代AirPods Pro发布于2019年10月,距现在已经近3年。苹果表示搭载了新芯片H2后,AirPods Pro 2的降噪能力比前代高两倍。为什么芯片的变化会带来如此大的提升?AirPods Pro 2这样的TWS(真无线蓝牙)耳机的降噪能力究竟取决于哪些因素?这次就来说一说。

IT时报记者■林斐

名词术语搞清楚

在说明之前,先来看看现在TWS(真无线蓝牙)耳机产品营销中常见的几个词——主动降噪、被动降噪、通话降噪(AI通话降噪)、ANC、ENC、DSP、CVC等等。

主动降噪=ANC,它是利用耳机内的麦克风,主动采集外界噪音,按照降噪算法让芯片进行即时处理,从而产生与外界噪音相位相反、振幅相同的声波,再与外部噪音相互抵消掉,最后用户会听到处理后的悦耳声音。

被动降噪与耳机内的元件和算法无关,其效果取决于耳机的物理结构和材质,比如头戴式耳机(压耳式和耳罩式)耳机的被动降噪效果要比TWS耳机差。原因在于后者佩戴时发声单元是塞入耳道,而前者无法避免外界噪音进入耳朵。在TWS耳机中又分为半入耳和入耳式,苹果Air⁃Pods属于半入耳式,而AirPods Pro就是入耳式,入耳式耳机佩戴时塞入耳道后比较紧密,所以被动降噪效果更好。另外更换TWS耳机的不同材质、尺寸的耳机帽,也能有效提升被动降噪的效果。

ENC最早应用在游戏耳机领域,主要利用双麦克风测算使用者声音方位,在收音的同时,抑制环境中的噪音。据说能有效抑制90%的背景环境噪声,降低环境噪声最高可达35dB以上。

DSP降噪主要是针对高、低频噪声。DSP降噪的原理和ANC降噪相似,不同点在于,DSP降噪正反向声波直接在系统内部相互中和抵消。

CVC原来是CSR公司的通话降噪技术,CSR被高通收购后,CVC技术已经被广泛集成在高通芯片的声音相关解决方案中。它的原理是通过副麦克风拾取所有背景噪音、主麦克风接收说话者的声音,然后将接收到的环境噪音通过算法消除,加强语音清晰度,约可降低35—40dB的环境噪音。

AI通话降噪其实是其他厂商开发的,类似CVC通话降噪技术,但与CVC一样,无法解决使用者在听音乐、看视频等情况下的降噪需求。

降噪芯片等于基础能力

芯片+算法+设计+硬件=优秀的主动降噪能力。

蓝牙耳机的空间有限,使用主控芯片都是SoC类型,即一块芯片实现多种功能。早期的蓝牙耳机芯片只有蓝牙连接传输、音频处理、操作控制等基础功能。但随着2016年苹果AirPods带火TWS(真无线蓝牙)耳机,2019年推出AirPods Pro后,大多数厂商愈发重视耳机降噪能力。现在蓝牙主控芯片都已经拥有多核CPU,还增加了AI语音、智能主动降噪等功能。

除了苹果和索尼等少数几家企业的蓝牙降噪耳机采用自主研发芯片之外,其他大部分厂商都是采用上游供应商的芯片。目前主动降噪蓝牙SoC芯片的供应商有高通、恒玄、联发科(络达)、炬芯、中科蓝讯等,其中前三者占据了市场较大的份额。一般来讲,采用高通芯片的TWS耳机售价高一些,但部分品牌的高端耳机也有采用恒玄的芯片,判断耳机有没有采用高通芯片的最简单标准是,是否支持高通独家APTX蓝牙音频。自研算法提升降噪效果和功能

关注和使用过TWS降噪耳机的消费者可能会发现,采用同款蓝牙芯片、外形和结构类似的蓝牙耳机,降噪效果差距非常明显,其中一个重要原因在于算法。

芯片厂商在销售蓝牙芯片的同时会提供“整体解决方案”,在行业内被称之为公版,包括芯片规格书、参数手册、故障处理方案以及降噪算法。

耳机厂商在拿回整套方案后,会根据元件和设计,在厂商的基础算法上进行二次开发,增加功能、调整降噪效果。比如现在日益流行的可调式降噪级别或自适应降噪的技术,前者可让使用者在配套App调整耳机的降噪深度;后者则是透过芯片与算法配合,让耳机自动根据环境噪音等级智能调整,在嘈杂公共交通环境中,自动开启深度降噪,在室内环境中,开启轻度降噪,从而有效保护耳朵听力。

不重视研发的厂商则会拿着公版直接生产,这就造成采用相同芯片的耳机,降噪效果不同。因此,芯片+算法都能自主搞定的厂商,比如苹果、索尼在降噪效果方面的优势就比较明显。但也不是厂商的二次开发对降噪效果都是正向优化,专业音频产品评测网站就在拆解评测时发现,某款国产降噪耳机经过厂商的调整后,降噪效果与公版耳机相比,不升反降。

技术特点决定麦克风数量

前面已经提到不同设计类型的耳机被动降噪能力各有强弱,但精心设计的头戴式耳机、半入耳式耳机降噪效果会好于粗制滥造的入耳式耳机。比如索尼的WH1000XM5、XM4头戴式无线降噪耳机、Bose700、QC系列头戴式蓝牙耳机的降噪效果都有口皆碑。

除了主控芯片之外,麦克风对于主动降噪的效果也十分重要。主动降噪根据拾音麦克风位置的不同,分为前馈式主动降噪、反馈式主动降噪以及两者结合的混合式。

前馈式降噪主要是透过耳机最外侧的降噪麦克风采集环境噪音,将噪音信号送到主控芯片以处理和转换成反向声波信号,优点是具有较多处理时间,所以适合用来降低频率落在1—2Khz的高频噪音,也因位置更靠外,它对风声处理更为敏感,不仅能够避免较高频率振荡,也能防止风切声。

反馈式降噪麦克风位于耳机中的发声单元附近,由于具有定位精准且能够检测耳内噪声的优势,因此可快速调整语音信号,提升消噪反应时间,同时也能处理较为宽广的音频频率。

混合式降噪则同时结合前馈与反馈式降噪的优点,现在主动降噪的TWS耳机左右耳机内外侧都会有一组麦克风,合计为4个降噪麦克风,也有更高端的产品会在左右耳机中多加一个降噪麦克风,以起到更好的效果。



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