智能手机中的通话噪声抑制和音效增强方案
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中心议题：
         *  智能手机中的通话噪声抑制和音效增强方案

本文整理自Knowles/Linpo电声技术专家林萌在2012智能手机、平板电脑与LED照明开发者论坛上的演讲

大家好，我是丰宝电子的林萌，今天我给大家讲的是智能手机通话中的音质和音效增强，先给大家介绍一下丰宝电子。

丰宝电子是成立于1998年，公司总部是在上海，现在在北京、深圳、香港，还有台湾设立有分公司，公司主要代理的是电子元器件的一些世界品牌，比如说Knowles、Bourns、Torex、NXP、Omron、Winbond、U-blox等。我们公司曾经在中国电子元器件采购上成为表现最佳的十家大陆本地分销商，还有一个国际电子商行的“读者最满意的10家大陆电子元器件分销商”。

今天我们说的主要是智能手机上通话的解决方案，随着智能手机的普及，们追求丰富功能的同时，也对音频的性能要求是越来越高。很多厂家为了获得一个愉快终端的用户体验，也是在不断的追求高质量的音频输入与输出。

像我们在一些比较嘈杂一点的环境里面，我们通话效果会受到很大的影响。比如说今天这种环境下，大家如果要打个电话的话，要不就是听不清对方的声音或者对方 根本听不到你说的话。像现在这种噪声越来越严重，像手机也是适应这样一个需求，能够在一些复杂的环境下进行通话。


而像我们公司现在给出的一个结果方案是通过一个麦克风阵列的方式进行周围环境噪声的抑制。但是麦克风阵列又通过两个麦克风，它分别放在手机的一个下方，就 传统的位置，另一个麦克风是放在手机上方，是在摄像头附近。

这两个麦克风都是相隔一定的距离，然后通过他们这个距离，它们同时拾取声音，然后得到声音会有一个差异，然后我们可以通过算法分析这个差异得出这样一个判 断，这个声音是来自于说话者还是来来自于我周围的人这样一个噪声。但如果是来自于说话者的话，这个声音就会把它录进来成为一个有效的信号，如果是在周围的 一个环境的噪声的话，我就会把这部分的声音给抵消掉，这样就相当于是增强了语音的精细度，把周围的噪声给屏蔽掉，这是一个麦克风阵列抑制噪声的原理。


智能手机有时候我们会用到一个免提的功能，这就涉及到回声消除。比如说我们免提的时候，我们通过扬声器可以听到别人的声音，但这个声音肯定会进入我们自己 手机的话筒里面去。这种声音如果是通过传输又回到对方的扬声器，会让对方听到很明显的回声，这样我们可以在我们的手机里面增加一个（22：50）滤波器让 我们的声音过来的时候经过一个参考，能分辨得出我们录进去的声音哪一部分是通过我们自己的扬声器进入到这个麦克风里面的，然后这样我们把这部分声音消除 掉，这样对方就不会听到自己的回声。这种是应用在一种手机免提通话的环境下的技术。像通常我们的智能手机已经具备比较强的音频处理能力，配合我们这种高质 量的电声器件可以实现这样一个技术，可以达到一个比较好的用户体验。
   


看一下，这是我们公司代理的Knowles的一些电声产品，这是Knowles的Sisonic系列的硅麦克风、微型扬声器、微型受话器，像这些都是用在一些世界主流的一些品牌说，还有一些笔记本品牌上也经常会用到我们的硅麦克风。像现在很多笔记本电脑，像阵列麦克风这种解决方案已经是比较成熟的了，最小的麦克风会有3mm×2mm这样的，很小的，像智能手机现在体积都很小，所以现在这种麦克风也是朝小型化发展。我们的展位在那个地方，大家感兴趣的话，等一下可以到我们的展位上去了解一下。


介绍一下Sisonic系列硅麦的一些优势，相对于传统的麦克风来说，硅麦最大的一个特点是它可以耐高温，经过回流焊性能是不会改变的，不像通常的传统的一些麦克风是通过不了回流焊的，像有一些采用耐高温的一些材料制作的麦克风虽然说能够回流焊，但是经过回流焊，性能上还是多多少少有些影响。它第一个优势是它耐高温，然后经过回流焊，我们加工之后，这个产品的性能可以保持得很好。


另外一个优势是它具有一个比较宽的工作电压范围，像通常的那种麦克风会受工作电压的影响，像工作电压通常的麦克风如果降低0.5V的工作电压的话，它灵敏度就会降低3个dB左右。而硅麦克风具有1.5-3.6V这样一个区间的电压范围，在这个范围之内它的性能是不会受影响的，灵敏度是没有变化。这样兼容性就更好一些。

另外一方面，硅麦由于它是把振动单元做在半导体上，然后它内部主要是一个振动的MEMS，还有一块IC，这样它的性能比较稳定，然后加工工序也比较简单，这样在制作过程中也减少了很多潜在的风险，所以在使用过程中这种麦克风的性能是比较稳定的。因为它的振动单元是做在一种很小的一块硅片上，这种硅片的面积不会超过1mm×1mm的。所以它的振膜很小，这种振膜有一个最大的好处是它对基线振动不敏感，不会像手机上如果有一些PCD板上的振动的话，这部分的杂音是不会录进去的。

另外，像硅麦另外的一个优势是一致性好，但它的灵敏度基本上可以保持在振幅一个1dB内的，但通常麦克风一般的标准只能是在正负3个dB以内。
   
下面介绍一下硅麦的一些技术特点，大家知道在手机上麦克风最基本的一个要求是它能抗RF射频的干扰。像之前一些设计都是在线路上增加一些RC滤波器，但是这种效果不是特别好。现在我们是在这个基础上做了一些改进，在外壳上做了金属盖的设计，把线路板上的一些RC滤波器已经集成到了硅麦里面的IC上面去了。它一方面有金属盖进行屏蔽的一个功能，而另外一方面，RC滤波器集成到IC里面去了，它滤波的效果，还有抗ESB的性能得到了增强，这样的话，得到了一个最佳抗RF的效果。
 
下面这里有一个实际的测试的例子，模拟手机环境进行这样一个TDMA噪声信号测试。在之前传统的这种在PCB上加一个RC滤波器的这种效果得到了一个响应是-62dB。然后通过我们这种新的设计，相当于之前的基础上相差了14个dB，这个噪声整整降低了2倍多，效果是比较明显的。
 
  
现在我们有另外一个新的设计，可以说传统的麦克风我们通常是做成一个正面进深。而现在我们做这样一个，底部PCB上开一个孔，在底部的一个接收孔，然后正面是完全密封起来的，这种新的设计给手机结构设计的时候带来一种思路。传统的麦克风是这样放在PCB板上，然后在机壳上，这样对应一个进深筒。然后现在在这种我们称为Zero  height技术上面，我们可以麦克风贴到PCB板的下面，然后PCB板上对应的开一个接收孔，这样的好处是我们这个PCB板和手机的机壳之间这样一个距离就缩短了很多。

像通常我们现在的硅麦有1mm和1.1mm的厚度，如果把它放到下面，整个手机的厚度就可以减少一个毫米。这种我们称之为板下型，这种通常的说法就是一个板下型的硅麦克风。这种麦克风不但在结构上做出了这样一个新颖的设计，然后它在声学性能上，因为一来，振膜、后腔就变成这么大一个范围，之前它的后腔很小，就是在振动膜后面一个很小的体积。现在它的后腔加大，这样加大的一个好处是麦克风的灵敏度可以得到一个很大的增强，大概可以增强3-4个厘米。

它还有另外一种麦克风技术，说是现在做成一种数字的麦克风。传统的麦克风我们输出的是一种模拟的声音信号，现在我们把数字的那种模数转换，还有一个放大之类的集成到这个麦克风内部的IC里面去，这样它就会输出一个PDM的数字信号。这种最大的好处是我们通常的麦克风模拟信号很容易在输出过程中受到外界信号的干扰之类的，但是现在我输出的始终是这样一个，直接是一个数字信号，这样就极大的增强，基本上不会受到其他信号的干扰。然后数字信号这样一个外围电路相对于之前就简单了很多，我现在输出的这样一个数字信号可以直接传送到我的语音处理芯片上去。相对于之前传统的麦克风来说，这种电路上简单了很多，就不需要加很的滤波电路之类的。

然后另外一个优势是数字MEMS，由于它直接输出的就是一个数字信号，这样对于我们后面数据处理都是非常方便的，像我们阵列麦克风这种方案是用数字MEMS模块就会很好的支持这样一个解决方案。

下面我给大家介绍一下怎样去增强智能手机的音质，现在智能手机体积做的都是做得越来越小，我们知道这个手机微型扬声器需要做一个后腔，而后腔的体积不能太小，因为太小就会严重影响扬声器发出来的音质效果。

现在我们代理的这个Knowles现在出来了一个最新的产品，叫N  bass这样的一个的虚拟后腔的材料。所谓虚拟后腔材料通过把这种材料填充到扬声器的后腔里面去，然后在后腔里面这种声学的材料可以使振膜的声波在里面进行一个迂回的传播。这样相当振膜这样的声波在后腔的传播的过程当中它的路长就相当于变长了，这样的话就等效于我有一个更大的后腔，所以这个技术叫虚拟后腔技术。

这个技术的好处，首先，在同样一个后腔的体积下，如果在里面填充了这样一个N  bass的材料，音质效果就比原来的会好很多。可能是大家设计更倾向于第二种情况，我在之前比如说我是设计了ECC这样一个后腔，然后我在用到N  bass材料的时候就不需要设计到ECC这么大了，我可能只需要0.5CC，然后我填进这个N bass这个材料。尽管我现在是0.5CC，但是我现在的效果可以做到和没有填之前和ECC后腔的效果是一样的，智能手机里面空间都是比较宝贵，这样就相当于节省了很多空间。

如果我们经过一个适当的调整的话，我们可以保证在这个体积或者让体积减小的同时，这个填充材料之后，这个效果还是比之前没有填充更大的这种体积效果要好。

下面给大家看这样一个例子。大家看一下这条绿线，是没有填充的一个扬声器，它的后腔是ECC。然后另外这一条橘黄色的这一条线后腔只有0.5CC，但是它在里面填充了N bass这样一个材料，大家可以看到它的低频方面的效果比没有填充的ECC的要好了很多。这个相差大概能够达到9个dB左右，这样它的低频的效果就非常好，我们手机在播放一些音乐之类的效果的时候，大家会感觉这个低频的效果比较悦耳一点。


我今天介绍的这个方案就是这些，谢谢大家。丰宝电子可以给大家提供这些产品的代理服务，旁边这里是丰宝电子的一个展位，如果大家感兴趣的话，等一下以可以到我们展位上去了解一下，谢谢！