TWS 蓝牙耳机 ANC 调试步骤

时间:2024-05-23 09:48:29

因为公司的声学说这些不是他们的工作,非得让软件来,所以自己摸索了2天,总结了下,非专业,希望错的地方指出来。

ANC 调试步骤:
TWS 蓝牙耳机 ANC 调试步骤
TWS 蓝牙耳机 ANC 调试步骤
环境是消音室,测试平台的搭建如上图:

前馈耳机头:
MIC:对于前馈耳机头的 mic 的选择,芯片对于硅麦(MEMS)和驻极体麦克风(ECM)都是支持的,外围电路有差异,从调试的角度考虑硅麦和电容 mic 都可以,没有本质区别,ECM 在信噪比方面要优于 MEMS,但从生产的角度考虑,硅麦一致性更好。而前馈的降噪的生产对一致性要求非常高。所以前馈的降噪方式推荐硅麦,尤其是入耳式的耳机,对降噪量要求较高(典型 20dB 以上)。对于头戴式,由于被动降噪曲线,speaker 曲线随着人的佩戴变化量较大,对降噪量要求不会太高(典型 10dB 左右),所以如果对电容 mic 频响稍加控制,头戴式也可以用电容 mic。以下从幅度、相位、灵敏度、信噪比、隔离度来说明相关要求。
**① 幅度:**要求降噪频段(典型 50Hz->3kHz)平滑即可,低频(100Hz 以内)不能衰减的太多。
**② 相位:**没有要求
③ 灵敏度:-38dB 以下,太高的灵敏度容易饱和。灵敏度在小于-38db 的前提下,越大越好。
④ 信噪比:信噪比越高越好。(推荐 60dB 以上)。
**⑤ 隔离度:**跟 speaker 的隔离度越高越好。(这个还没有具体的数据,只是对比成熟的音腔测试)。
**⑥ 一致性:**一致性要求较高,要求幅度差别 1dB 以内,相位差别 5 度以内,以保证 20dB的降噪量。这里的幅度差别指的是趋势,频响曲线平行的幅度差别大的话没有问题,可以用增益补偿回来。这里的指标指的是和 speaker 加起来的差别总和。如果降噪量要求不那么高,可以适当放宽要求(如果降噪主要在 1K 之内,幅度波动要求只需在 1K 内符合。如果降噪主要在 2K 之内,幅度波动要求则需在 2K 内)。

SPEAKER:单前馈的耳机头,照着音质最好的频响曲线去做就行。主要是降噪频段的幅度平滑就行。
① 幅度:要求降噪频段(典型 50Hz->3kHz)平滑即可,低频不能衰减的太多。
**② 相位:**没有要求
**③ 灵敏度:**越高越好(降噪频段)。
④ 隔离度:跟 mic 的隔离度越高越好。
**⑤ 一致性:**一致性要求和 MIC 一样。
⑥ 被动降噪曲线:被动降噪曲线越平滑越好,(低频不宜降噪量过大)。另外就是佩戴起来越稳定越好。也就是每次佩戴都差不多,而不是每次佩戴差别都很大。

反馈耳机头:
MIC:由于反馈的方式的降噪量对 mic 的频响不太敏感。所有对 mic 的类型没有特殊要求。幅度:低频不能衰减的太多;
**① 相位:**没有要求
② 灵敏度: 可以略高于前馈
**③ 隔离度:**和 sperker 隔离度越低越好,也就是 mic 和 speaker 的距离应该尽量靠近;

SPEAKER:反馈的耳机头,低频能量越多越好(100Hz 以内的)。一是有利于降噪量的增加;二是反馈降噪会影响低频的音乐,如果低频能量较高,这样降噪后的音乐播放仍然具有较好的低频,这样会降低 EQ 的补偿。
**① 幅度:**低频能量越大越好
**② 相位:**没有要求
**③ 灵敏度:**越高越好
④ 隔离度:和 mic 隔离度越低越好,也就是 mic 和 speaker 的距离应该尽量靠近。

1、调试信号源音箱跟人工耳MIC的距离跟位置
不佩戴耳机的状态下,用 AP播放固定增益94dbSPL,1KHZ 信号,调试信号源音箱跟人工耳MIC的距离跟位置(大约50cm),使人工耳MIC接收到 94dbSPL(FF),104dbSPL(Hybrid)。如下图:
TWS 蓝牙耳机 ANC 调试步骤
2、测试空场信号
不佩戴耳机的状态下,用 AP播放粉噪(或扫频20HZ到20KHZ),测试到人工耳MIC接收的频响曲线A。
3、测试被动曲线
可以用以下方法验证板子是否打开ANC,mic跟speaker的PIN脚是否配置对:在不接麦跟喇叭的情况下,直接灌个10mv的型号进去mic脚,测喇叭出来的引脚是否有反向波形?有的话,就证明ANC打开,mic跟speaker的PIN脚配置对;没有的话,就得检查软件配置是否正确。另外,在没配滤波器的时候,滤波器直通,只靠ANC本身的算法,就看到低频降3,4个db了。

在耳机不通电的情况下,将腔体佩戴在人工耳上,用 AP播放粉噪(或扫频20HZ到20KHZ),测试到人工耳MIC接收的频响曲线B。
对比AB曲线,看下被动降噪性能。
TWS 蓝牙耳机 ANC 调试步骤

4、调试主动降噪性能
利用 SOC提供的ANC 调试工具,调整 ANC 参数,直至达到最佳。

ANC 参数调试:
① 单前馈:
第一步:先确定整体的大致增益,调整 Reference_Gain(该值通常为负值),调整过程中,电声测试仪测试到的曲线会整体下移,低频段最低则为当前最佳值。
第二步:添加滤波器,滤波器遵循分频段调试,首先调制低频(~200Hz),通常在低频频点20Hz 左右加入 LowShelf 类型,Gain 值为正值,Q 值小于 1 的滤波器。
第三步:抑制高频(1000Hz~)反升,在相应频点附近加入 Gain 值为负值,Q 值在 1 左右的HighShelf 滤波器,用于抑制高频部分的整体反升。如果只有高频区间小部分反升,则考虑使用 Gain 值为负值的 Peak 滤波器。
第四步:在处理了低频和高频之后,中频部分降噪量会有所损失,在相应位置加入 Peak/Notch滤波器,Gain 值不宜过大,正负视具体而定。
第五步:由于滤波器中引入了增益,之前的 Reference_Gain 值不一定为最佳,此时需要对Reference_Gain 进行微调,以达到最佳。

**② 单反馈:**反馈系统因 MIC 离喇叭位置较近,极易产生声音回路引起啸叫。
第一步:在高频位置加入值为负的 HighShelf 滤波器或者值为负的 Peak 滤波器用于抑制高频的反升。
第二步:调整反馈 Reference_Gain 值,增益过大会引起啸叫。
第三步:在低频位置 100Hz 附近加入正值 Peak 滤波器,Gain 不宜过大。

③ 混合式
混合式降噪系统的处理实际上为单前馈和单反馈的结合,要注意的是,混合式降噪系统中要注意反馈的抑制量,过大仍然会引起啸叫。

关于降噪量:降噪效果的主要表现在两个方面,一是最大降噪深度,即主动降噪所能达到的最大降噪量,前馈入耳式耳机通常为 25db 左右,混合入耳式耳机通常为 35db 左右,最大降噪深度一般体现在 100-200Hz 这个频段;二是降噪宽度,通常指的是主动降噪跟被动降噪在曲线上的交叉频点,一般情况下为 1000-2000Hz 附近。

5、佩戴验证效果
试听 ANC 效果的实际听感(注意是否有杂音、底噪、啸叫、高频反升)

6.生产流程
① MIC 单体测试
② SPK 单体测试
③ MIC 半成品测试
④ SPK 半成品测试
⑤ PCBA 的 MIC-SPK 通路测试
PCBA 测试:从降噪 MIC(无器件)端输入扫频信号,从 SPK(无器件)采集输出信号显示(需显示器),测试 PCBA 的频响一致性。可以选择 AP 或其他电声测试仪器来测试。
⑥ 机半成品测试
需要设备: 治具、soundcheck(或其他电声测试软件)、屏蔽箱,音响、声卡、711(配上硅胶套)、BES 增益调试工具。
PC 与芯片通讯方式跟下载流程一致,半成品通过 UART 连接,可以通过测试点或者 USB座的方式,降噪(环境监听)校准需要保证耳机头的密封,主控板不一定要装壳。

7.一致性控制
降噪(环境监听)效果是根据提供的样机进行调试的,考虑到器件公差及组装公差,生产管控标准根据公差调整,公差的确定还需要结合良率、成本以及对降噪效果的要求来确定。
1、MIC 来料控制:MIC 选择硅 MIC,这样能保证 MIC 的一致性。MIC 的公差:幅频响应在 50Hz~3kHz 频段,±1.5dB;
同时控制 100Hz 处的相位差在±3°。SPK来料控制:SPK 的幅频响应在 50Hz~3kHz 频段,±1.5dB。
2. MIC 的半成品控制:MIC 的公差:幅频响应在 50Hz~3kHz 频段,±2dB;同时控制 100Hz 处的相位差在±3°。
3. SPK 的半成品控制:SPK 的幅频响应在 50Hz~3kHz 频段,±2dB。
4. MIC 和 SPK 的半成品测试设备:需要类似 soundcheck 这样的设备和治具。
注:MIC 和 SPK 的半成品指 MIC 和 SPK 装入耳机头,引线没有焊接到主控板上,测试点在引线上。