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降噪麥克風耳機原理解析:區分雙麥克風波束成形與ANC主動降噪

· 作者: EARSOLE Engineering

Dual-capsule voice beamforming microphone architecture on EARSOLE wireless earbuds

降噪麥克風耳機原理解析:區分雙麥克風波束成形與ANC主動降噪

許多在挑選降噪麥克風耳機的消費者,經常將兩個完全獨立的聲學子系統混為一談:主動降噪(ANC)與環境降噪(ENC)。ANC是利用朝外與朝內的麥克風搭配反向聲波訊號,為「你自己」的雙耳隔絕室內噪音;而降噪麥克風陣列則是過濾發送出去的語音訊號,讓電話另一端的通話對象不會聽見車流或風切聲。

購買標榜「42 dB ANC」的耳機,並不能保證在起風的人行道上擁有清晰的語音收音,除非耳機柄或外殼內部同時配置了多收音頭波束成形陣列與專屬語音分離DSP晶片。了解實體麥克風間距與骨傳導語音拾音單元(VPU)的運作機制,才能確保通話對象聽見的是你的聲音,而不是身後的義式磨豆機噪音。

雙麥克風波束成形與語音拾音感測器如何分離人聲

由於真無線耳機是嵌入耳甲腔內,而非像指向性麥克風桿那樣延伸至嘴邊,單一全向性麥克風捕捉到的室內反射音音量幾乎與說話聲一樣大。為了建立具方向性的收音範圍(端射式波束成形),工程師會在耳機柄底部末端配置主通話麥克風,並在頂部透氣孔附近設置副參考麥克風,兩者相距15至22毫米。

當說話聲從口中向外傳遞時,聲波會比抵達上方參考麥克風提早約45至65微秒觸及底部主通話麥克風,而擴散的咖啡廳背景音則會以隨機相位關係同時衝擊兩個收音孔。內建DSP晶片會鎖定這個特定的到達時間差,並常配合能偵測100 Hz至800 Hz下顎骨震動的內部加速度計或骨傳導感測器(VPU),將偏軸噪音衰減達30 dB。

子系統/技術誰能感受到降噪效果?使用的硬體感測器目標噪音頻段主要失效原因
混合式ANC(主動降噪)配戴者本人前饋+反饋MEMS麥克風低頻轟鳴聲(50–600 Hz)矽膠耳塞鬆動導致氣密性失效
雙/三麥克風ENC/cVc電話另一端的通話對象具間距之耳機柄麥克風(15–22 mm陣列)中頻交談聲與街道喧囂側風吹過耳機柄開孔產生亂流
骨傳導VPU+AI深度神經網路電話另一端的通話對象內耳震動感測器+MEMS麥克風人群中重疊的人聲交談過度激進的噪音閘門截斷輕柔子音
聲學網罩防風迷宮結構配戴者與遠端通話對象皆受惠疏水鋼網與曲折風道直接陣風(10–25 mph)汗水或口袋棉絮堵塞網孔

預防強風干擾與AI語音截斷造成的機械音

經過訓練用來消除地鐵轟鳴聲的深度神經網路(DNN)通話演算法,若在75 dBA的吵雜環境中遇到輕聲細語,有時會過度壓制音節邊緣,導致聲音聽起來像在水下或斷斷續續。以穩定、自然的對話音量發聲,能乾淨地觸發語音活動偵測器(VAD),讓神經網路閘門在整個句子期間保持開啟。

在有風的日子走到戶外時,可稍微轉動頭部,讓風吹向後頸而非直接吹過貼近臉頰的麥克風狹縫;若冷風超過15 mph,也可將單側耳機收進輕薄毛帽下。定期使用乾燥的軟毛牙刷輕刷耳機柄底部的微小收音孔,避免皮膚油脂堵塞主通話孔而干擾波束成形運算。

結束一整天高強度語音通話後讓雙耳徹底休息

配戴長柄波束成形耳機進行數小時的戶外客戶通話與通勤會議後,持續的中頻人聲與堅硬外殼摩擦,容易讓耳屏與耳道感到疲勞。回到家躺在床上時,突出的麥克風耳機柄更會勾住枕頭套,並在側翻身時緊壓外耳。

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將白天通話用的耳機放回充電座,改戴貼合耳廓、無耳機柄的睡眠耳機,即可消除所有突出耳機柄與枕頭之間的機械壓迫點。柔軟的矽膠弧度搭配平緩的雨聲遮蔽音效,能讓聽覺系統在夜間徹底放鬆。

重要通話前如何測試麥克風的噪音抑制能力

不必等到正式會議開始才測試耳機處理背景噪音的表現,事先在本地進行一段快速錄音即可驗證。打開廚房抽油煙機,或用筆電喇叭以70 dBA播放咖啡廳環境音,站在距離一公尺處,將耳機設為智慧型手機的藍牙輸入來源並錄製一段20秒的語音備忘錄。

回放錄音時,檢查每個句子的第一個音節是否完整,以及字句之間的背景風扇噪音是否出現忽大忽小的抽吸感。對於在85 dBA極端引擎噪音環境下工作的駕駛員與重型機具操作員,可將這類入耳式陣列與我們分析的專屬配備單耳指向性麥克風桿的卡車司機耳機進行對比。

常見問題

通話時關閉ANC主動降噪,會讓降噪麥克風停止運作嗎?

不會,將耳機從ANC切換為通透模式只會改變你自己耳朵聽見的環境音;發送端的ENC波束成形麥克風仍會自動為通話對象過濾背景噪音。

為什麼通話時只戴單邊耳機,對方會覺得我的聲音悶悶的?

許多耳機會將主通話麥克風動態分配給最先從充電盒取出的那支耳機,因此若該側耳機配戴鬆動,或底部耳機柄收音孔偏離嘴角方向,語音清晰度就會明顯下降。

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