Что такое шумоподавление в телефоне?

Как работает микрофон для шумоподавления в смартфоне

Современные смартфоны флагманского класса (а порой – и бюджетного) оснащаются системами шумоподавления, предназначенными для повышения качества звука при разговоре по телефону. Эти системы позволяют разделить полезный сигнал и шум из посторонних источников, чтобы отдать приоритет голосу. Без шумоподавления разговор в людных местах, а также в транспорте, становится трудной задачей.

Посторонние голоса, звук колес, стук подвижных частей транспортного средства, а также звучание различного инструмента, портят разговор, делая его неразборчивым. Именно с этими отрицательными явлениями и призвана бороться система подавления шума в смартфоне.

Активное шумоподавление в акустическом оборудовании

Активные системы шумоподавления, применяемые в аудиотехнике, оказались непригодными для коррекции звука в ходе разговора. Такие системы, не настроенные на частоты человеческого голоса, способны выделить стук колес поезда метро, жужжание инструмента, шум ветра и т.д. Но они не могут отличить слова одного человека от другого и при разговоре в людном месте, или там, где громко играет песня, механизм не сможет выделить именно голос говорящего по смартфону.

В ходе анализа частотного спектра чип активного подавления шума может (не обязательно) сразу отсеивать сигнал, частота которого точно соответствует голосу. К таковому, например, относятся волны на частотах ниже 50 Гц и выше 5 кГц. Если отсеять (или приглушить) вкрапления других частот – абонент «на той стороне» не услышит звук бетоносмесителя, или свист чайника. А если и услышит, то очень тихо. Так как частот недостаточно для выделения нужного голоса среди других, второй микрофон необходим.

Как работает система подавления шума в смартфоне

Альтернативным способом подавления шума при разговоре стало использование второго микрофона. Как правило, он располагается на расстоянии от основного, на верхнем торце смартфона или сзади.

Благодаря пространственному разнесению – основной микрофон в процессе разговора улавливает голос пользователя сильнее, чем вспомогательный. Тот, в свою очередь, лучше воспринимает шумы окружающей среды, так как находится дальше ото рта абонента. Чипсет смартфона (или выделенный АЦП для обработки звукового сигнала с микрофона) анализирует частотный спектр с обоих микрофонных каналов. Применяя специальный алгоритм, можно отличить голос пользователя от шума на программном уровне.

Чип Audience для шумоподавления в iPhone 4

В процессе работы звуковой процессор смартфона анализирует спектр акустических волн, получаемый с разных микрофонов. Тот из них, который считается главным, имеет приоритет, и является своего рода «эталоном». Механизм подавления шума «изучает» громкость звуков на разных частотах, чтобы выделить наиболее интенсивные. Так как главный микрофон размещен ближе ко рту, чем другим источникам – наиболее выраженным оказывается именно разговор. Сравнивая «картину» с первого микрофона – с таковой со второго, чип определяет, какие звуки вспомогательный микрофон воспринимает сильнее, чем основной. Именно они считаются шумом, и механизм подавления глушит или уменьшает громкость тонов на таких частотах.

Система шумоподавления с тремя микрофонами

Некоторые смартфоны (например, iPhone, начиная с моделей 5, 5s и 5c) оснащены сразу тремя микрофонами. Сделано это для того, чтобы повысить эффективность работы системы шумоподавления. Получая объемный звук, звуковой чип может точнее определить, какие именно акустические частоты принадлежат абоненту (и требуют усиления), а какие – сторонним источникам (и их нужно заглушить). Такой подход повышает качество общения, но делает смартфон дороже, потому пока редок.

По какому принципу работает микрофон для шумоподавления в смартфоне

Сегодня любые мобильные устройства, будь то смартфон флагманского или бюджетного класса, iPHONE с чипсетами среднего или высокого уровня, оснащаются системами шумоподавления. Это необходимо для повышения уровня качества разговора на улице, в торговых центрах с большим людским потоком, аэропортах, в транспорте. Данные системы отдают приоритет голосу, отделяя полезные сигналы от шумов из посторонних источников.

Отрицательно сказываются звуки движущихся автомобилей, самолётов, поездов и другой шумовой техники. Устройство активного шумоподавления позволяет воспринимать весь звуковой спектр, вычитать из основного разговора посторонние сигналы и удалять их.

При исследовании работы аудиотехники с использованием шумопоглотителя обнаружились некоторые недочёты. Чип слабо корректировал звук во время разговора. Не было настройки на частоту человеческого голоса, а только выделялся грохот и жужжание режущего инструмента, шум ветра или движение колес поездов. Активные системы не в состоянии были отличить голоса разных людей во время разговора в местах с оглушительно звучащей музыкой. Чипсет не выделял голос говорящего человека по смартфону.

Однако технологии IT не стоят на месте, они постоянно модернизируются. Теперь смартфоны стали оснащать новыми, более современными системами активного подавления шума. Некоторые модели оборудованы сразу двумя микрофонами. Один – для передачи разговора, второй для записи звукового файла. Они сразу отсеивают сигналы, частота которых составляет, например, менее 50 Гц и более 5 кГц. При приглушении взброса других частот абоненту уже не доступны посторонние шумы или слышны, но очень тихо.

Принцип работы системы подавления шума.

Второе устройство располагается на верхней торцевой части или на задней стенке смартфона, недалеко от основного микрофона. Его основная роль заключается в обработке поступающего звукового сигнала и анализе частот с обоих микрофонных каналов. Чипсет концентрирует информацию в памяти и выдаёт уже обработанный от шума голос пользователя на программное устройство.

Функция тонального процессора в смартфоне основана на спектральном анализе акустических волн, получаемых с разных микрофонов. Главным «эталоном» является основной микрофон. Он расположен ближе ко рту, поэтому имеет особый приоритет. Во время разговора с абонентом чип подавления шума анализирует громкость звуковых сигналов на разных частотах и выделяет самые сильные. Именно их он считает шумом, сразу заглушает или значительно уменьшает.

Некоторые мобильные устройства (к примеру, iPhone 5, модели 5s и 5c; Meizu Pro 5 и Xiaomi) оснащены сразу тремя микрофонами. Динамики имеют не самую высокую громкость, однако звучат чисто, без хрипоты. В настройках смартфонов имеются функции «Улучшение звука Mi» (для этого выбираются типы наушников для настройки пресетов звука) и 7-полосного эквалайзера (от 60 Гц до 14 кГц). Громкость звука в таких наушниках высокая, звучание мелодичное. Поддерживаемые форматы AAC составляют от 8 до 320 кбит/с, имеется защищённый AAC для файлов из iTunes Store.

Данное новшество предусмотрено для повышения результативности работы системы шумоподавления. Пользователь, получая объемный и чистый звук, может не волноваться за плохое качество разговора. Чип звука точно определяет ультраакустическую частотность и требует её усиления. Посторонние источники молниеносно заглушаются при любой температуре окружающей среды и относительной влажности.

Качество связи и вибросигнал у таких смартфонов не вызывает вопросов. Несомненно, уровень общения с абонентами значительно повышается, но делает телефон на порядок дороже. Правда, иногда не стоит обращать на это внимание, а покупать именно такую модель.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Подавление окружающего шума в мобильных телефонах

Рубрика: Информационные технологии

Читайте также  Как распознать шпионскую программу на телефоне?

Дата публикации: 24.11.2019 2019-11-24

Статья просмотрена: 440 раз

Библиографическое описание:

Ворогушин, В. О. Подавление окружающего шума в мобильных телефонах / В. О. Ворогушин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 47 (285). — С. 79-82. — URL: https://moluch.ru/archive/285/64192/ (дата обращения: 10.07.2021).

1. Введение.

Очевидно, что мобильные телефоны могут выиграть от шумоподавления. Активное шумоподавление (ANC) уже давно используется в наушниках и часто использовалось, чтобы вырезать гул самолета в долгом путешествии. Но в полной мере преимущества этой технологии не были реализованы — потенциал для шумоподавления может быть использован в гораздо более широком спектре приложений и услуг, создавая тишину для широкого круга потребительского оборудования. Высокоэффективная схема шумоподавления не только принесет пользу потребителям, помогая сохранить слух, но и операторам будет выгоднее от более длительных звонков, большего количества звонков и более удовлетворенных потребителей, что приведет к более высоким доходам.

2. Мобильные телефоны.

В современных мобильных телефонах речевой сигнал, принимаемый с микрофона, может быть отфильтрован и улучшен, создавая высококачественную линию передачи от вас к другому человеку во время разговора. Но прием звонка в оживленном месте может сделать непонятным голос человека на другом конце. ANC является особенностью для производителей телефонов высокого класса. Представьте себе рабочий телефон, который позволяет вам четко слышать информацию от собеседника, когда вы находитесь в шумном поезде, или телефон, который позволял вам принимать вызов друга в оживленном ресторане, не выходя на улицу, чтобы услышать его. Но этот подход также представляет интерес для производителей бюджетных телефонов и операторов сетей на развивающихся рынках. Кроме того, использование технологии в телефонной трубке для улучшения качества вызова означает, что сеть может расширяться для достижения того же уровня качества сигнала, либо предоставляя телефоны большему числу клиентов с тем же инфраструктурным оборудованием, либо уменьшая развертывание нового инфраструктурного оборудования.

Внедрение этой технологии в мобильных телефонах представляет собой очень серьезную задачу не только с точки зрения внедрения самой технологии, но и с точки зрения экономической выгоды для устройств, которые изготавливаются десятками миллионов единиц.

3. Виды подавления шумов.

Пассивное шумоподавление включает в себя изоляцию и поглощение, обычно в форме неких «чашек», оружающих ухо. Это хорошо работает для наушников, которые используются для прослушивания музыки или глушения нежелательных звуков в самолетах. Очевидно, что пассивное шумоподавление не практично для мобильных телефонов. Активное шумоподавление может быть классифицировано как обратная связь или прямая связь. В наушниках обычно используется метод обратной связи с пассивным шумоподавлением. «Чашки» наушников создают герметичную полость над ухом слушателя. Шум затем контролируется с помощью микрофона, и электронная схема обратной связи используется для генерации сигнала шумоподавления, который пытается создать нулевую тишину внутри банки. Совершенно непрактично создавать такую герметичную полость вокруг уха человека с помощью мобильного телефона.

4. Задача подавления побочного шума.

В технологии ANC используется архитектура прямой связи, а не традиционный подход с обратной связью. При этом также используются микрофоны для захвата окружающего шума, но вместо использования обратной связи для создания нулевого значения он инвертирует шумовой сигнал и генерирует поле звука, синхронизированное по времени для подавления шума, когда он попадает в барабанную перепонку. Это исключает необходимость использования «чашек» вокруг наушников или вообще пассивной отмены. Однако у этого подхода есть серьезные проблемы, как технические, так и коммерческие. Существует ограниченное время для обработки сигнала, инвертирования сигнала, вычисления необходимого временного сдвига и создания выходных сигналов для динамика. Все это необходимо сделать за то время, которое требуется для сигнала окружающего шума, проходящего через микрофоны контроля шума, до тех пор, пока тот же сигнал не достигнет уха. Сгенерированный сигнал подавления также должен быть точно выровнен по фазе, чтобы обеспечить правильное подавление шума. Если все сделано правильно, это создает поле тишины вокруг уха, так что звуковой сигнал будет более четким независимо от шумной обстановки. Другая проблема — коммерческая. Телефоны используют широкий спектр микрофонов и громкоговорителей, и такая система должна быть легко встроена в конкретный телефон. Наличие настраиваемого подхода, при котором различные параметры могут быть легко запрограммированы в разных телефонах для оптимизации обработки сигналов, жизненно важно для достижения уровня производительности, необходимого для изменения пользовательского опыта. Для недорогих телефонов это также должно быть экономически эффективным решением, которое не добавляет дорогие компоненты к списку материалов телефона. Хотя в телефоне имеется значительная вычислительная мощность, получаемая через процессор основной полосы частот, времени обработки сигнала недостаточно для достижения хороших уровней ANC. Эта вычислительная мощность должна быть добавлена к аудио сигнальной цепи экономически эффективным способом, что также ставит под угрозу существующее качество звука или срок службы батареи. В традиционных наушниках ANC с обратной связью для обработки сигналов используется дополнительная батарея. Разработчики мобильных телефонов не могут позволить себе добавить дополнительную батарею. Подход ANC в мобильном телефоне должен оказывать незначительное влияние на время разговора и время ожидания телефона.

5. Предлагаемая реализация.

Для нового подхода с прямой связью, который отвечает потребностям производителя мобильных телефонов и портативного оборудования, существуют методы выравнивания времени и обработки сигналов, которые устраняют задержку из цепочки сигналов для обеспечения реализации, где сигналы окружающего шума и шумоподавления синхронизированы по времени и фазе. Эта реализация использует два микрофона на краю телефона слева и справа от слухового динамика. Они перехватывают окружающий шум, подают его в процессор, который генерирует антишумовый сигнал, и подают его на слуховой динамик. Процессор также должен учитывать, насколько быстро динамик реагирует на определенные частоты, чтобы обеспечить синхронизацию всех частот по фазе и времени.

На рисунке 1 показан пример эффектов ANC. Синяя линия представляет голосовой сигнал. Красная форма представляет сигнал фонового шума, часто более высокий по амплитуде, чем голосовой сигнал, что делает голос не слышимым. Черная форма показывает, как будет выглядеть шумовой сигнал при включенном ANC.

Реализация, показанная на рисунке 2, использует два стандартных микрофона и чип обработки сигналов, который заменяет драйвер динамика.

Микросхема обработки сигналов содержит набор параметров для различных элементов цепочки сигналов, и они могут быть настроены на акустические характеристики конкретной конструкции телефона. К ним относятся задержки разных динамиков, различные форм-факторы, такие как телефоны типа «моллюск» или «моноблок», и отношение сигнал / шум микрофона.

В будущем метод ANC будет использоваться в портативном оборудовании, таком как персональные медиаплееры, игровые приставки для улучшения качества звука для игр и видео. Пользовательские тесты показали, что улучшение звуковых характеристик системы значительно улучшает общее впечатление пользователя.

6. Заключение.

Активное шумоподавление является мощным инструментом для улучшения качества связи в мобильных телефонах, а также для повышения экономичности и удовлетворенности пользователей. Было невозможно применить методы обратной связи ANC к мобильным телефонам из-за необходимости создания герметичной полости вокруг уха слушателя для пассивного шумоподавления. Благодаря архитектуре прямой связи в сочетании с запатентованными и новыми технологиями временного выравнивания и обработки сигналов, теперь можно обеспечить очень эффективное шумоподавление в телефоне по цене, приемлемой как для высококлассных, так и для бюджетных производителей.

  1. Kondoz A. M. Digital Speech. Coding for Low Bit Rate Communication Systems. — John Wiley & Sons, Ltd. 2004.
  2. Е.Г Жиляков. Частотный анализ речевых сигналов. Научные ведомости Белгородского государственного университета. — Белгород, 2011.
  3. G.711: Приложение III Панель инструментов улучшения качества звука, Международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии (ITU-T), Ноябрь. 2009.
  4. Rec. G.711.1: Широкополосное встраиваемое расширени, для ITU-T G.711, Международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии, сектор стандартизации (ITU-T), Сентябрь 2012.
  5. Дж.-Х. Чен, A. Гершо, “Адаптивная постфильтрация для повышения качества кодированной речи,” IEEE Операции по обработке аудио и речи, vol. 3, Январь. 2004.
  6. Дворняков С. В., Сауков А. М., Симонов А. Н. Патент «Способ распознавания радиосигналов» РФ № 2261476 МПК 7G06K 9/00 от 27.09.2005 г.
  7. DeJaco p., Gardner W., C. Lee “QCELP: The North American CDMA digital cellular variable rate speech coding standart”, IEEE Workshop on Speech Coding, 2003.
Читайте также  Растекся экран на телефоне что делать?

[Обсуждения] Шумоподавление в наших смартфонах. Что это?

mi-5s-plus_04.png (1.9 MB, Downloads: 6)

2018-02-13 04:01:09 Upload

Starost_2.jpg (104.32 KB, Downloads: 4)

2018-02-13 04:09:22 Upload

EO-PN900BBEGRU-16-0.jpg (32.38 KB, Downloads: 6)

2018-02-13 04:10:56 Upload

Noise-Cancellation-Explained.png (83.93 KB, Downloads: 3)

2018-02-13 04:14:54 Upload

HTC-U11-Alexa-1-1000×563-900×507.jpg (108.86 KB, Downloads: 2)

2018-02-13 05:29:20 Upload

120905kkmk9uml2m2mll8i.jpg.thumb.jpg (68.4 KB, Downloads: 6)

2018-02-13 05:19:24 Upload

121055bsysubsvjpydp99j.jpg.thumb.jpg (122.34 KB, Downloads: 6)

2018-02-13 05:20:39 Upload

alex.gif (570.06 KB, Downloads: 6)

2018-02-13 05:09:28 Upload

Рейтинг

Кол-во оценивших 3 !Experience! +26 Pack Reason
  • Facebook
  • Twitter

Amadey76 | из Redmi Note 4

dmi2411 | из Redmi 3S

Dimitrij-n | из Redmi 4

Dimitrij-n | из Redmi 4

Алекс
Я думаю не облажалить, а сэкономили. Это ведь бюджетна .

Алекс Ответить | из Redmi Note 3

Dimitrij-n
Бюджетная — не значит некачественная. Целая гора нонэ .

Dimitrij-n | из Redmi 4

Алекс Ответить | из Redmi Note 3

Dimitrij-n
Я искренне рад за Вас. Но, не смотря на вашу устроенност .

Zuroki | из Redmi 4X

Mi Comm APP

Получайте новости о Mi продукции и MIUI

Рекомендации

  • Правила
  • Новичкам
  • Конкурсы
  • Новости
  • MIUI новости
  • MIUI темы
  • MIUI общее
  • Ресурсы
  • Обзоры
  • Полезные темы
  • Магазины Mi Store

* Рекомендуется загружать изображения для обложки с разрешением 720*312

Изменения необратимы после отправки

Cookies Preference Center

We use cookies on this website. To learn in detail about how we use cookies, please read our full Cookies Notice. To reject all non-essential cookies simply click «Save and Close» below. To accept or reject cookies by category please simply click on the tabs to the left. You can revisit and change your settings at any time. read more

These cookies are necessary for the website to function and cannot be switched off in our systems. They are usually only set in response to actions made by you which amount to a request for services such as setting your privacy preferences, logging in or filling in formsYou can set your browser to block or alert you about these cookies, but some parts of thesite will not then work. These cookies do not store any personally identifiable information.

These cookies are necessary for the website to function and cannot be switched off in our systems. They are usually only set in response to actions made by you which amount to a request for services such as setting your privacy preferences, logging in or filling in formsYou can set your browser to block or alert you about these cookies, but some parts of thesite will not then work. These cookies do not store any personally identifiable information.

These cookies are necessary for the website to function and cannot be switched off in our systems. They are usually only set in response to actions made by you which amount to a request for services such as setting your privacy preferences, logging in or filling in formsYou can set your browser to block or alert you about these cookies, but some parts of thesite will not then work. These cookies do not store any personally identifiable information.

Нежелательные звуки: технологии шумоподавления

Шумоподавление используется в наушниках самых разных конструкций. Благодаря ему люди могут слушать музыку, подкасты и другой контент, не отвлекаясь на посторонние звуки. Разберёмся, откуда пошла эта технология и как она работает.

В 1978 году правительство США обратилось к производителям акустики с необычным предложением: разработать технологию, которая позволила бы пилотам самолётов и астронавтам NASA общаться с наземными командами и другими пилотами, не отвлекаясь на рёв двигателей. Заказ был выполнен, а разработка нашла применение не только в авиации и космонавтике. С 1986 года она стала применяться в военных шлемофонах и в гражданской электронике.

Шумоподавление бывает двух типов: активное и пассивное. Первое (Active Noise Canceling, ANC) работает за счёт волн, созданных устройством и похожих на фоновый шум. Они и компенсируют нежелательные звуки вокруг. А при пассивном шумоподавлении (Passive Noise Canceling, PNC) наушники физически закрывают слуховые каналы от внешнего шума.

Активное шумоподавление

Звуковые волны можно компенсировать или даже полностью подавить другими колебаниями. Как и морские волны, звуковые имеют пики (самая высокая точка) и впадины (самая низкая точка). Когда волны с одинаковым расстоянием от пика до впадины приходят с разных направлений и сталкиваются между собой, их пики и впадины совмещаются — и в результате гасят друг друга.

В науке это называется интерференцией. Её-то и используют системы активного шумоподавления, чтобы оградить вас от нежелательных звуков ещё до того, как они достигнут ушей. Внешние шумы улавливает микрофон, установленный внутри наушника. Устройство анализирует их, а затем воспроизводит в «перевёрнутом» виде, в противофазе, благодаря чему техника гасит нежелательные звуковые волны.

Процесс шумоподавления непрерывен. Если наушник улавливает звук, похожий на шум, который он проанализировал ранее, в нужное время будет генерироваться отзеркаленная волна. Вот почему эта технология очень эффективна в шумных местах, таких как самолёт или метро. С другой стороны, ANC могут пасовать в тех случаях, когда внешние звуки случайны и их труднее предсказать.

Система активного шумоподавления лучше всего справляется с низкими частотами. Ведь для анализа ей требуется время, и эта потенциальная задержка влияет на качество гашения внешних звуков. Другими словами, лишние шумы могут появляться быстрее, чем электроника их устранит. В случае басов, то есть звуков низкой частоты, которые имеют относительно большую длину волны, промежуток между гребнем и впадиной тоже широкий, поэтому небольшое отставание во времени смещения не повлияет на качество шумоподавления. Однако высокие звуки имеют более короткий промежуток между гребнем и впадиной, а это значит, что даже небольшая задержка может снизить эффективность ANC.

Пассивное шумоподавление

Самый простой способ заглушить шум — закрыть уши руками. Звук не проникнет в слуховой канал, если на его пути есть препятствие. По сути, в этом и заключается принцип работы пассивного шумоподавления. Наушники с накладками, закрывающими всё ухо, и вкладыши, полностью закрывающие ушной вход, служат примерами технологии пассивного шумоподавления.

В отличие от активных систем, где необходимы микрофоны и схемы, анализирующие звуковые волны, наушники с пассивным шумоподавлением проще в изготовлении и обычно дешевле. Если модель с PNC идеально совпадает с формой ваших ушей, она способна почти полностью блокировать внешние шумы. Но поскольку такие устройства вставляются прямо в слуховой канал, некоторые пользователи считают их неудобными.

Безопасность превыше всего

Наушники открытого типа раньше редко оснащались шумоподавлением. Но в Samsung создали Galaxy Buds Live — они комфортные и оснащены эффективной технологией ANC. Новинка заглушает внешние звуки, например, от проезжающих автомобилей и громких бытовых приборов. При этом сохраняется ясная слышимость важных объявлений и разговоров.

Читайте также  Что значит nfc в телефоне?

Несмотря на то, что технологии шумоподавления позволяют полностью погрузиться в музыку или лучше сосредоточиться на аудиокниге, они также могут представлять угрозу. Громкость внутри наушников может достигать значения 70-80 дБ SPL, что сопоставимо со звуковым давлением при работе автомобильного звукового сигнала, но поскольку звук из наушников намного ближе к пользователю, он рискует не расслышать внешние шумы. Вдобавок технология активного шумоподавления дополнительно снижает внешние звуки примерно на 30 дБ, что сильнее затрудняет распознавание опасности.

Для прослушивания в помещении наушники с эффективным шумоподавлением — отличный выбор. Однако во время занятий на свежем воздухе, например, на пробежке, следует всегда помнить о безопасности и выбирать наушники с разумным уровнем шумоподавления, позволяющим оставаться в курсе происходящего вокруг.