經常看電影的小夥伴可能會留意到這麼一個細節:在以往的電影中,如果在KTV等環境音比較吵的環境當中時,主角接打電話輸出基本全靠吼,如果本身沒有一身功力,使不出來獅吼功,基本上對方就聽不清楚講的啥玩意兒,因為真的太吵;而在現在的電影作品中,在KTV等場景中打電話主角還是能夠保持很帥氣的姿勢低聲說話,而電話的另一邊,都是清晰的人聲呈現。
是時代變了小鮮肉的演技都不如前人了嗎?也不盡然啦,類似的場景基本上00後之前的幾代人都會遇到過,不信你看:
以往在火車站打電話:
喂,你在哪呢?怎麼那麼吵?
我~在~車~站~呢~一~會~說~
嘟嘟嘟嘟……電話挂了。
現在在火車站接微信電話:
喂,你在哪呢?怎麼說話斷斷續續的?
我在車站呢,人多搶信号,一會說。
電話挂了。
手機信号不好的問題……沒錯,說的就是那個誰,你們都懂。不過,今天咱們不說信号問題,說說輸出不用再吼的問題。為什麼現在即便是身處嘈雜的環境當中,電話的另一方依然能夠聽到自己想聽到的那個人說的話,而且還不帶吼的?這個,就是麥克風的功勞了。
以iPhone X為例,這款手機機身内藏有4個麥克風,底部揚聲器開孔接近充電口的兩個小孔其實是兩個麥克風開孔,背部閃光燈右下方一點點有一個麥克風開孔,劉海屏内的聽筒内藏有一個麥克風。我們現在使用手機通話時能夠過濾非必要聲音,就是四個麥克風協同工作的功勞。
針對不同的工作環境,iPhone X的四顆麥克風的作用其實也不盡相同。比如說通話時,系統會自動調用底部的麥克風作為送話麥克風,而攝像頭旁邊的則是作為降噪麥克風,三顆麥克風協同工作,也就使得用戶說的話能夠清晰的傳輸到對方的聽筒當中,而大部分環境音,則被過濾掉。
智能手機降噪工作原理
目前,一般的智能手機都是通過雙麥克風進行降噪,大概原理如下:
我們打電話的時候,送話麥克風獲得的語音信号是A1、環境音信号A2,頂部的降噪麥克風獲得的是語音信号B1、環境音信号A2,這些信号都會傳送到處理器内的差分放大器進行處理,處理方式就是送話麥克風和降噪麥克風兩路信号相減再放大,也就是(A1 A2)-(B1 A2),從而消除環境音A2,達到降噪效果。
為了達到更好的降噪效果,手機廠商一般會将兩個麥克風的位置盡量分離開,也就是一個在頂部,一個在底部,當我們說話的時候,靠近嘴巴的麥克風和遠離嘴巴的麥克風捕獲的語音信号是不同的,而環境音信号是一緻的。
目前,智能手機産品基本上都會有降噪麥克風。如果通話的時候對方說你那邊太吵了,基本上就是降噪麥克風壞了。
而說到降噪,雖然智能手機是我們日常接觸最多最為頻繁的降噪數碼産品,但是,數碼愛好者現在對于手機降噪麥克風的關注應該比較少了吧,在消費市場中,消費者更為關注的降噪數碼産品應該是降噪耳機,在AirPods Pro的瘋狂輸出之下,本來不怎麼關注耳機産品的小白消費者,也都開始了解到降噪了吧。
作為大家日常能夠接觸到的兩大消費降噪數碼産品,手機降噪和耳機降噪的原理其實并不相同。
降噪耳機工作原理降噪耳機的工作方式大緻分為主動降噪和被動降噪。
被動降噪的原理就很簡單了,簡單理解就是不讓其他任何聲音進入到耳朵,能夠進入耳朵的部分就剩下想聽的音樂或者其他音頻,因此也就達到了降噪的效果。目前,被動降噪的方式一般是通過包圍耳朵形成封閉空間,或者采用矽膠耳塞等隔音材料來阻擋外界噪聲以達到降噪效果。
而目前的降噪耳機一般指的是使用主動降噪方式的耳機。内置在耳機裡的麥克風偵測耳朵能聽到的環境中的低頻噪音(100-1000Hz),再将噪聲訊号傳送到控制電路,控制電路進行實時運算,再通過HiFi揚聲器播放與噪音相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲。也就是通過降噪系統産生與外界噪音相等的反向聲波,将噪音中和,從而實現降噪的效果。簡單理解就是類似于初中物理中的作用力和反作用力。
在應對複雜噪聲環境時,“主動降噪”的兩枚MEMS 麥克風将會分别拾取耳内噪聲及多樣外界環境噪聲,配備獨立運作的智能高清降噪處理器,對拾取的不同噪聲進行高速運算,精準消噪。
消費市場上大多數降噪耳機都采用模拟技術實時生成降噪波形。相反,其他有源噪聲和振動控制産品則使用軟實時數字處理。
為了防止高頻噪聲進入耳朵,大多數可消除噪音的耳機都依賴隔音。高頻聲音的波長更短,要消除這種聲音,需要定位設備以檢測和抵消它,使其比聽衆的耳鼓更靠近當前技術上可行的範圍,或者需要使耳機電子設備複雜化的數字算法。
使用降噪耳機帶來的聽音樂感受是很明顯的,當戴上這樣一款耳機的時候,會感覺到“哇,世界仿佛都安靜了”的感覺,回響在耳畔的,就隻剩下自己想聽的聲音。這種效果,在乘坐公交、高鐵或者飛機等公共交通的時候,尤其明顯。而一旦摘下耳機,如果身處鬧市,就會有一種噪音撲面而來的感覺。打個比方,如果戴上降噪耳機是夏天身處空調房的舒服,摘下耳機的感受就跟打開房門走向太陽一般吧。
不過,就像是舉的例子一樣,雖然在夏天身處空調房是一件享受的事情,但是,你并不會喜歡一直被空調吹着。主動降噪耳機在帶來安靜的世界的同時,其實也會對音樂原聲産生影響,造成音質受損的不良影響,這也成為部分追求極緻音質的消費者選擇這類耳機的一大原因。其次,降噪耳機戴久了,在耳朵内會産生一種壓迫感,悶悶的。
但是,圖聽個響的其實就不用太考慮這個了,就像我,基本上是感受不到音質的變化。正如B站TESTV官方頻道所說的那樣,好的降噪耳機帶給你的震撼,不是你戴上耳機的時候,而是摘下耳機那一刻。
如果說損失音質對于大部分消費者來說不是缺點的話,那麼,對于大部分消費者來說,主動降噪耳機應該都會存在一個比較大的缺點吧,那就是它們都賣得比普通耳機貴。你看看,加了個Pro小尾巴的AirPods立馬就賣到了1999,比不少主流廠商的走量的手機都貴不少了。
總結作為我們日常接觸最多的降噪數碼産品,手機采用的降噪方式是通過兩個或者更多的麥克風,采集語音信号以及環境音信号,然後通過兩個通道采集到的音頻信号進行相減放大,通過軟件算法來達到降噪的效果。
除了通話場景的應用之外,目前部分高端手機在錄視頻的場景下,也能夠做到降噪,從而使得視頻的聲音更加純淨。
而主動降噪耳機的降噪原理則是通過釋放同振幅反相音頻信号對噪音進行中和,來達到降噪的效果。
所以,兩者的目的雖然一樣,但是實現的方式是完全不一樣的,大概就是法術傷害和物理傷害的區别吧。
除了手機、耳機等數碼産品之外,降噪還應用在生活的方方面面,例如在内燃機、通風機、鼓風機、壓縮機、燃氣輪機以及各種高壓、高氣流排放的噪聲控制中廣泛使用消聲器,還有隔聲室、隔聲牆、隔聲幕、隔聲門等。
另外,降噪的發展曆史也可以追溯到非常久遠的1936年,發明人Paul Lueg授予了噪音控制系統的第一項專利,描述了如何通過使波相位超前來消除管道中的正弦音調,以及如何通過反轉極性來消除揚聲器周圍區域中的任意聲音。
1950年代, 勞倫斯·J·福格爾(Lawrence J. Fogel)創建了消除直升機和飛機駕駛艙噪聲的系統;1957年,威拉德·米克(Willard Meeker)開發了一種紙質設計,并設計了一種适用于包耳式耳套的主動噪聲控制模型。該耳機的有源衰減帶寬約為50–500 Hz,最大衰減約為20 dB;1986年,Dick Rutan和Jeana Yeager在其環球飛行中使用了Bose制造的原型耳機;1992年,日本市場日産Bluebird成為世界上第一輛安裝ANC系統的汽車。
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