詳解雙麥克風(fēng)實(shí)時(shí)自適應噪聲消減技術(shù)

近年來(lái)，智能手機和筆記本電腦等移動(dòng)/便攜設備市場(chǎng)持續快速發(fā)展。這些產(chǎn)品在不斷集成更多新功能以增強用戶(hù)體驗的同時(shí)，在基本語(yǔ)音通信功能的用戶(hù)體驗方面仍有充足提升空間，特別是在嘈雜環(huán)境下提升語(yǔ)音清晰度，同時(shí)保持語(yǔ)音自然逼真度。例如，用戶(hù)在擁擠的商業(yè)街區行走時(shí)，周?chē)h(huán)境中可能充斥著(zhù)汽車(chē)喇叭、發(fā)動(dòng)機轟鳴、建筑施工噪聲、嘈雜人群噪聲、腳步聲甚至是風(fēng)噪等，此時(shí)用手機進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)時(shí)，傳統技術(shù)難以提供清晰的語(yǔ)音通信效果。此外，制造商也在為新興的平板電腦等增加視頻通話(huà)功能。在利用這些移動(dòng)/便攜設備用于電話(huà)會(huì )議時(shí)，周?chē)h(huán)境中同樣可能包括多種噪聲，如辦公室嘈雜人聲、周?chē)勗?huà)聲、電腦噪聲、筆劃噪聲及玻璃器皿碰擊聲等，要提供清晰的通話(huà)效果同樣不易。

在這些應用中，要降低或濾除環(huán)境噪聲，提升語(yǔ)音通信效果，可以采用不同的方法，如專(zhuān)門(mén)降噪麥克風(fēng)、模擬電路降噪或數字電路降噪等(見(jiàn)表1)。這些方法各有其特點(diǎn)，相比較而言，采用數字電路降噪的方法靈活，聲學(xué)設計復雜度較低，且降噪效果優(yōu)越。當然，便攜設備設計人員除了要提供良好的降噪效果，還面臨著(zhù)多種設計約束及挑戰，如尺寸、能耗、物理聲學(xué)設計、音頻保真度及成本等。

表1：不同降噪技術(shù)比較。

先進(jìn)的雙麥克風(fēng)實(shí)時(shí)自適應噪聲消減技術(shù)

安森美半導體最新推出了基于數字電路降噪技術(shù)的BelaSigna R261高性能語(yǔ)音捕獲系統級芯片(SoC)。該器件采用先進(jìn)的雙麥克風(fēng)噪聲消減技術(shù)，能夠幫助設計提供優(yōu)異的噪聲消減效果(參見(jiàn)圖1)。這種先進(jìn)的信號處理技術(shù)接受兩個(gè)麥克風(fēng)的信號，能夠區分不同類(lèi)型的信號，提取有效的語(yǔ)音信息并抑制環(huán)境噪聲，從而提升語(yǔ)音辨識度。

圖1：BelaSigna R261采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)自適應噪聲消減算法。

BelaSigna R261在其集成的ROM存儲器中內置了語(yǔ)音提取算法。這種算法利用一個(gè)或多個(gè)傳感器來(lái)提取波形傳播信號，而不需要預先知道聲源或傳感器位置。這種方案利用全局優(yōu)化準則，同時(shí)工作在頻域、時(shí)域和空域，對聲源的數量及傳感器的數量沒(méi)有限制，與信噪比(SNR)無(wú)關(guān)，即在低SNR和高SNR環(huán)境下能夠同樣優(yōu)化地工作，非常適合于需要從不同噪聲域中提取有用語(yǔ)音信號的手機和便攜計算機等應用。

這種自適應噪聲抑制算法提供25 dB的噪聲抑制能力，能夠實(shí)時(shí)地分離需要的語(yǔ)音與環(huán)境噪聲，適合于各種語(yǔ)音源和各種位置下的語(yǔ)音，同時(shí)能夠保證音質(zhì)自然(其它方案處理后聲音不自然、不飽滿(mǎn))，可以有效配合各種品質(zhì)的麥克風(fēng)工作。

BelaSigna R261關(guān)鍵特性解析

BelaSigna R261是一款高性能的語(yǔ)音捕獲SoC，集成了數字信號處理器(DSP)、穩壓器、鎖相環(huán)(PLL)、電平轉換器及ROM存儲器，如此高的集成度與其它方案相比，能夠降低物料單(BOM)。如圖2所示，這器件支持雙麥克風(fēng)直接輸入，噪聲消減算法內置于集成的ROM存儲器中，基于DSP結構的應用控制器提供高性能及超低能耗，提供雙通模擬輸出，并支持數字麥克風(fēng)輸出。此外，內置的電源管理模塊支持1.8 V至3.3 V的供電電壓，內置的片上PLL提供多種頻率選擇，還提供I2C接口。

圖2：BelaSigna R261 高性能語(yǔ)音捕獲SoC功能架構圖。

特別值得一提的是，BelaSigna R261采用的雙麥克風(fēng)實(shí)時(shí)自適應噪聲消減算法提供兩種基本的算法模式，分別是遠距離拾音模式(算法模式0)和近距離拾音模式(算法模式1)。算法模式0針對遠距離拾音而優(yōu)化，可以拾取多達6米遠的語(yǔ)音，同時(shí)抑制噪聲，并支持360度全方位拾音，適合于筆記本電腦、免提電話(huà)/會(huì )議或手機免提通話(huà)模式。在這種模式下，即使用戶(hù)沒(méi)有對準麥克風(fēng)，甚至是遠離麥克風(fēng)，都能提供極佳的語(yǔ)音清晰度，從而增強用戶(hù)使用的自由度。算法模式1針對近距離拾音而優(yōu)化，這時(shí)用戶(hù)離麥克風(fēng)極近(距離小于5厘米)，即在近距離內拾取語(yǔ)音，有效抑制各種環(huán)境噪聲，適用于手機、學(xué)習機、對講機等在強噪聲環(huán)境中工作的設備。

除了這兩種基本算法模式，BelaSigna R261還提供定制算法模式，幫助制造商滿(mǎn)足特定應用需求。這種算法模式支持特殊配置，并能夠通過(guò)外部EEPROM或I2C控制接口加載新的算法參數來(lái)調整。算法效果能夠根據特定應用、麥克風(fēng)類(lèi)型、位置及其它系統參數來(lái)優(yōu)化。

表2：BelaSigna R261支持遠距離拾音、近距離拾音及定制等不同模式。