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手机是如何实现通话降噪的?

科普小知识2022-06-23 02:24:16
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我想知道你有没有注意到,当我们用智能手机打电话时,即使在噪音很小的嘈杂环境中,我们仍然可以清楚地听到声音。这是如何实现的?

不同的手机制造商有他们自己不同的降噪算法,但是电话降噪的基本原理是相同的。这种技术被称为双麦克风降噪技术,即内置于手机中的两个麦克风,一个保持通话畅通,另一个麦克风主动消除噪音。在收集外部噪声并使用内部算法对其进行处理后,发出与噪声相反的声波,并利用抵消原理消除噪声。

手机是如何实现通话降噪的?

Iphone 6主麦克风

具体原理如下图所示。绿色箭头代表通话过程中的声音,红色箭头代表背景噪音,A代表手机的主麦克风,B代表降噪麦克风。需要注意的是,两个麦克风必须保持一定的距离,并隔离在内部主板上,主麦克风应该靠近人们说话的地方。当移动电话进行正常呼叫时,主麦克风A收集呼叫期间的语音和背景噪声,以产生更大音量的信号Va。同时,降噪麦克风B还将收集更小的声音和背景噪声,以生成另一个音量信号Vb。两个信号输入到降噪处理器,两个信号的输入端为差分放大器,即两个信号收集的外部噪声被抵消后放大得到信号Vm。

手机是如何实现通话降噪的?

iphone 6的降噪麦克风

在特定的叠加过程中,需要对语音进行采样、编码和压缩。不同的采样和编码方法会影响手机的最终语音质量。然而,如果一味追求音质,将会给降噪带来巨大的负担。对于环境中的背景噪声,由于声源远离手机麦克风,两个麦克风采集的音量几乎与手机麦克风相同,即V噪声a≈V噪声B。但是,对于通话声音,两个麦克风相互抵消,以获得相对较小的通话声音。放大后,可以恢复原始语音,即Vm=n×(Va-Vb)=n×(V噪声a-V噪声b+V语音a-V语音b)=n/q×V语音,其中n表示差分放大因子,q表示两个信号消除后语音信号的衰减因子。

手机是如何实现通话降噪的?

从以上分析可以看出,该设计可以有效降低手机周围的环境噪声干扰,大大提高正常通话的清晰度。然而,一切都有两面性。虽然双麦克风降噪技术可以在一定程度上消除背景噪声,但如果出现设计问题,会增加手机的成本,影响手机的正常通话。例如,主麦克风和降噪麦克风之间的距离太近,或者降噪算法参数调整不当,这可能导致移动电话在通话时音量过低。这就要求手机制造商合理设计麦克风的位置和降噪算法,让用户能够获得更好的通话体验。