一(yī / yì ／yí)、爲(wéi / wèi)什麽關注耳機底噪？

自從Apple發布第一(yī / yì ／yí)代AirPods後，TWS耳機一(yī / yì ／yí)直處于(yú)高速發展的(de)狀态。大(dà)量的(de)品牌紛紛推出(chū)了(le／liǎo)自己的(de)TWS耳機，一(yī / yì ／yí)時(shí)間百花齊放。而(ér)随着科技發展，TWS耳機的(de)技術也(yě)日漸成熟，同時(shí)大(dà)量的(de)品牌也(yě)給了(le／liǎo)用戶足夠的(de)選擇。這(zhè)使得用戶不(bù)再滿足于(yú)簡單的(de)“聽個(gè)響”，轉而(ér)追求更多更好的(de)聆聽體驗，對于(yú)性能的(de)要(yào / yāo)求越來(lái)越高。市場上(shàng)品牌TWS耳機的(de)競争日益激烈，随着耳機功能同質化，用戶也(yě)已不(bù)再滿足于(yú)續航和(hé / huò)ANC等功能，電流音和(hé / huò)ANC功能的(de)底噪成爲(wéi / wèi)用戶滿意度之(zhī)争的(de)關鍵。底噪問題往往會極大(dà)地(dì / de)降低耳機的(de)使用體驗，如果不(bù)加以(yǐ)管控，很容易出(chū)現大(dà)量的(de)退貨及差評。對于(yú)希望走中高端路線的(de)品牌來(lái)說(shuō)，底噪問題會給品牌帶來(lái)巨大(dà)的(de)負面影響。

圖1 耳機底噪問題帶來(lái)的(de)差評

說(shuō)起底噪，其實任何耳機都存在(zài)底噪，這(zhè)是(shì)無法完全避免的(de)。但正如人(rén)耳的(de)聽力有極限，當底噪足夠小的(de)時(shí)候，人(rén)們是(shì)聽不(bù)見底噪帶來(lái)的(de)問題的(de)。因此底噪的(de)管控，最重要(yào / yāo)的(de)就(jiù)是(shì)保證耳機最後的(de)噪聲要(yào / yāo)低于(yú)人(rén)耳聽力的(de)極限，做到(dào)聽不(bù)見底噪，也(yě)就(jiù)不(bù)會受到(dào)底噪問題的(de)影響了(le／liǎo)。

 二、什麽是(shì)耳機底噪？

01、底噪的(de)定義

說(shuō)了(le／liǎo)這(zhè)麽多底噪的(de)問題，那麽到(dào)底什麽叫做耳機底噪？底噪全稱是(shì)本底噪聲，本底噪聲指設備中我們不(bù)希望出(chū)現的(de)噪聲，例如電路産生的(de)電底噪等。而(ér)耳機中的(de)底噪，本質上(shàng)也(yě)是(shì)電路底噪，隻是(shì)這(zhè)部分電路底噪通過喇叭轉換成了(le／liǎo)聲信号，因此可以(yǐ)被用戶感知到(dào)。

02、TWS耳機底噪分類

底噪産生的(de)原因多種多樣，盡管都是(shì)電路底噪，但根本原因不(bù)同。而(ér)對于(yú)TWS耳機來(lái)說(shuō)，往往有三種不(bù)同的(de)底噪來(lái)源，這(zhè)三種底噪即：電路底噪、ANC算法底噪、射頻底噪混合的(de)最終結果，才是(shì)用戶所感知到(dào)的(de)底噪。

01

電路底噪

對于(yú)電子(zǐ)線路中所标稱的(de)噪聲，可以(yǐ)概括地(dì / de)認爲(wéi / wèi)，它是(shì)對目的(de)信号以(yǐ)外的(de)所有信号的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)總稱。很好理解，就(jiù)是(shì)來(lái)自于(yú)電路元器件部分的(de)底噪，耳機PCBA 闆上(shàng)的(de)電容電感元器件在(zài)工作的(de)時(shí)候，由于(yú)發熱或電路部分相互幹擾導緻器件産生較高頻的(de)噪聲。這(zhè)部分噪聲可能從耳機直接播放出(chū)來(lái)，也(yě)可能被ANC的(de)降噪麥克風捕捉并轉而(ér)從耳機中播放。當然不(bù)僅局限于(yú)TWS耳機，任何與電路有關的(de)發聲器件，都無法避免電路底噪。但是(shì)相對的(de)，電路底噪問題往往比較輕微，絕大(dà)多數時(shí)候不(bù)會嚴重到(dào)可以(yǐ)被用戶聽見。但是(shì)元器件的(de)質量存在(zài)瑕疵，個(gè)别瑕疵不(bù)會帶來(lái)問題，當多個(gè)瑕疵器件湊巧出(chū)現在(zài)一(yī / yì ／yí)副耳機上(shàng)的(de)時(shí)候，底噪就(jiù)會被放大(dà)到(dào)可以(yǐ)被聽到(dào)的(de)地(dì / de)步。而(ér)這(zhè)部分底噪問題是(shì)無法在(zài)設計和(hé / huò)工藝上(shàng)得到(dào)解決的(de)。

02

 ANC算法底噪

而(ér)針對ANC的(de)TWS耳機，則存在(zài)了(le／liǎo)另一(yī / yì ／yí)種可能。很多人(rén)都有了(le／liǎo)解，在(zài)2000Hz或更高頻率，相當一(yī / yì ／yí)部分ANC耳機的(de)ANC功能已經無法降低噪聲，反而(ér)會對高頻的(de)噪聲提供一(yī / yì ／yí)些增益。一(yī / yì ／yí)些耳機的(de)物料來(lái)料差異導緻在(zài)2000Hz之(zhī)後的(de)增益會變得更大(dà)，外界高頻的(de)環境音被降噪Mic識别并加入一(yī / yì ／yí)定增益從耳機再播放出(chū)來(lái)。這(zhè)類耳機在(zài)打開ANC時(shí)會有高頻噪聲被聽見，而(ér)低頻的(de)降噪卻是(shì)符合要(yào / yāo)求的(de)，傳統的(de)ANC性能測試無法捕捉此類問題。這(zhè)類問題在(zài)設計端比較難以(yǐ)處理，但是(shì)如果針對性的(de)調整和(hé / huò)優化ANC的(de)高頻性能，是(shì)可以(yǐ)有效改善的(de)。

03

射頻底噪

射頻底噪經常也(yě)會有一(yī / yì ／yí)個(gè)電流音的(de)稱呼。射頻底噪來(lái)源于(yú)天線的(de)射頻信号，通過電池耦合到(dào)了(le／liǎo)電路中，帶來(lái)的(de)底噪問題。由于(yú)是(shì)射頻相關，而(ér)藍牙的(de)射頻頻率大(dà)緻固定，所以(yǐ)很容易捕捉其特征，同時(shí)在(zài)搜索模式等大(dà)功率使用場景下，底噪會變得更加明顯，易于(yú)分辨。這(zhè)類射頻底噪往往都是(shì)800Hz或其諧波分量（如1600Hz，2400Hz）等，是(shì)具體因爲(wéi / wèi)藍牙信道(dào)可能有細微的(de)頻率偏移，但是(shì)大(dà)體是(shì)集中分布的(de)。

 三、如何檢測耳機底噪

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硬件指标

     底噪是(shì)非常輕微的(de)聲音，是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)很小的(de)信号，一(yī / yì ／yí)般的(de)設備往往不(bù)足以(yǐ)捕捉對應的(de)信号。需要(yào / yāo)保證測試系統的(de)底噪要(yào / yāo)遠低于(yú)耳機底噪，才能夠做到(dào)準确有效的(de)檢測和(hé / huò)辨别底噪問題。

     作爲(wéi / wèi)聲學測試設備，電路底噪往往都非常低，可以(yǐ)達到(dào)要(yào / yāo)求。那麽硬件中最大(dà)的(de)制約項就(jiù)是(shì)仿真耳。傳統的(de)711人(rén)工耳，其底噪約爲(wéi / wèi)20dBA左右，即使經過挑選，也(yě)很達到(dào)18dBA以(yǐ)下。而(ér)人(rén)耳的(de)靈敏度在(zài)中間頻段（500～6kHz）非常優秀，超過普通711人(rén)工耳。這(zhè)就(jiù)會帶來(lái)人(rén)聽得見，設備聽不(bù)見的(de)尴尬狀況。

圖2 聽阈曲線

傳統711人(rén)工耳(紫)&人(rén)耳聽力(黑)&低底噪人(rén)工耳(紅)

     對此，則需要(yào / yāo)使用針對性的(de)低底噪人(rén)工耳。如圖所示，傳統人(rén)工耳在(zài)中間頻段無法與人(rén)耳對标，而(ér)低底噪人(rén)工耳則保證了(le／liǎo)人(rén)耳可聽見的(de)信号均可被儀器捕捉并分析。從硬性指标來(lái)說(shuō)，在(zài)極限頻率即3～4kHz，低底噪人(rén)工耳需要(yào / yāo)比傳統人(rén)工耳至少低10dB以(yǐ)上(shàng)。考慮到(dào)傳統711一(yī / yì ／yí)般在(zài)20dBA，則低底噪人(rén)工耳至少應當滿足10dBA的(de)底噪，才能作爲(wéi / wèi)底噪測試的(de)硬件。

    爲(wéi / wèi)此，兆華電子(zǐ)研發并推出(chū)了(le／liǎo)針對低底噪測試環境的(de)CRY717低底噪人(rén)工耳，其指标可以(yǐ)達到(dào)9dBA甚至更低，滿足對應測試的(de)需求。而(ér)在(zài)此之(zhī)前，測試底噪主要(yào / yāo)依賴進口的(de)低底噪人(rén)工耳，單套成本超過十萬元，且供貨周期很長，隻能勉強在(zài)研發端進行使用，無法作爲(wéi / wèi)産線量産解決方案。

圖3 CRY717低底噪人(rén)工耳與普通人(rén)工耳對比

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環境要(yào / yāo)求

     而(ér)針對底噪測試，硬件指标隻是(shì)其中一(yī / yì ／yí)部分。如果環境嘈雜，那麽耳機底噪會被環境噪音完全掩蓋，也(yě)無法被有效的(de)檢出(chū)。但是(shì)用戶一(yī / yì ／yí)旦在(zài)安靜環境下使用，則會發現問題。所以(yǐ)爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)底噪測試，必須配備合理的(de)測試環境。

     針對研發端，我們可以(yǐ)選擇消音房，達到(dào)足夠良好的(de)效果。但是(shì)耳機生産的(de)産線不(bù)可能允許消音房的(de)方案，隻能夠選擇次一(yī / yì ／yí)級的(de)消音箱。但普通的(de)消音箱對于(yú)聲音的(de)隔離度很有限，完全達不(bù)到(dào)底噪測試的(de)需求，需要(yào / yāo)針對性做出(chū)改良，降低隔音箱的(de)底噪，并提升隔離度。

    針對産線底噪測試的(de)需求，兆華電子(zǐ)研究并改進了(le／liǎo)多款隔音箱體。由于(yú)物理定律，消音箱的(de)尺寸無法滿足低頻的(de)降噪效果。但通過材料與結構的(de)設計變更，我們實現了(le／liǎo)底噪測試箱體的(de)升級方案。其隔離度滿足100～200Hz大(dà)于(yú)30dB，200～800Hz大(dà)于(yú)40dB，800Hz以(yǐ)上(shàng)大(dà)于(yú)60dB。在(zài)外界噪音90dB的(de)産線極端條件下，仍然可以(yǐ)實現有效的(de)底噪測試。

圖4 兆華電子(zǐ)底噪測試消音箱隔離度曲線

    通過搭配合适的(de)箱體，可以(yǐ)實現在(zài)産線端提供有效的(de)底噪測試環境，達到(dào)底噪問題的(de)産線測試需求。

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算法處理

     正如之(zhī)前一(yī / yì ／yí)直提到(dào)的(de)，硬件和(hé / huò)環境往往都會成爲(wéi / wèi)制約底噪測試的(de)條件。這(zhè)其中最大(dà)的(de)原因還是(shì)因爲(wéi / wèi)底噪信号弱，辨識度低。很多時(shí)候耳機底噪相比于(yú)最終的(de)測試信号很不(bù)明顯。盡管通過大(dà)量的(de)良品不(bù)良品對比收集數據，仍然可以(yǐ)從視覺上(shàng)看出(chū)一(yī / yì ／yí)些信号上(shàng)的(de)區别，但往往很難通過框線等傳統方式來(lái)進行區分。

     而(ér)此時(shí)，就(jiù)需要(yào / yāo)軟件上(shàng)的(de)算法，來(lái)放大(dà)這(zhè)種區别，實現有效的(de)信号分析與界定。兆華電子(zǐ)引入了(le／liǎo)多種全新底噪算法來(lái)分别針對不(bù)同特征的(de)底噪問題。

     如圖5的(de)第一(yī / yì ／yí)種底噪，是(shì)一(yī / yì ／yí)種穩定間隔的(de)信号，但是(shì)因爲(wéi / wèi)信号非常小，難以(yǐ)簡單的(de)從時(shí)域或是(shì)頻域得到(dào)結論。通過時(shí)域分析看來(lái)，兩種底噪幾乎沒有任何區别，難以(yǐ)界定。而(ér)通過專門的(de)算法處理後，我們得到(dào)了(le／liǎo)完全不(bù)同的(de)兩種結果。

圖5 穩定間隔的(de)底噪波形與良品波形

圖6 通過底噪算法處理後的(de)底噪波形與良品波形

     從圖6可以(yǐ)明顯看出(chū)良品與不(bù)良品的(de)區分。大(dà)大(dà)降低了(le／liǎo)分辨良品與不(bù)良品的(de)難度，提升準确性與生産效率。

    除此之(zhī)外，還有類似于(yú)底噪異常音的(de)問題，從頻域觀察區别非常小，很難清除的(de)界定良品與不(bù)良品。

    從圖7-1雖然看得出(chū)雜音産品與良品的(de)區别，但是(shì)區分度不(bù)高，很難定義一(yī / yì ／yí)個(gè)穩定的(de)框線來(lái)判定良品與不(bù)良品，且FFT結果不(bù)穩定，容易産生大(dà)量的(de)重測率。

圖7-1 雜音與良品的(de)頻域波形

圖7-2 引入心理學模型後的(de)雜音與良品波形

     爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)解決此問題，兆華電子(zǐ)将ISO-532_1心理學模型引入算法，通過算法将頻域信号轉換爲(wéi / wèi)人(rén)耳是(shì)否可聽的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)直觀結果，波形如圖7-2所示，能夠很清晰地(dì / de)區分雜音和(hé / huò)良品。 

    耳機的(de)底噪問題，一(yī / yì ／yí)直是(shì)煩擾用戶及耳機品牌方的(de)問題，目前來(lái)說(shuō)藍牙耳機底噪不(bù)能完全消除，隻能降低和(hé / huò)優化。對用戶來(lái)說(shuō)，弄清楚底噪從何而(ér)來(lái)，選擇底噪優化更好的(de)藍牙耳機是(shì)能解決問題的(de)方法；而(ér)從源頭來(lái)講，對耳機品牌方的(de)生産線和(hé / huò)研發端而(ér)言，底噪的(de)問題不(bù)能進一(yī / yì ／yí)步完善，不(bù)斷的(de)客訴差評和(hé / huò)品質難以(yǐ)提升的(de)同時(shí)，也(yě)會大(dà)大(dà)影響品牌形象和(hé / huò)口碑。
    好了(le／liǎo)，由于(yú)關于(yú)底噪的(de)知識點實在(zài)太多，本次文章隻能分爲(wéi / wèi)上(shàng)下兩期來(lái)揭秘。在(zài)下期内容，我們将揭秘全套解決方案的(de)真容以(yǐ)及典型客戶實際測試的(de)具體案例給大(dà)家，也(yě)歡迎小夥伴們在(zài)留言區積極交流探讨。