TWS + ANC : 延遲的影響與降躁效果 隔空看Huawei Freebud 3

新的挑戰者Huawei Freebud3

        最近看到Huawei Freebud3 在市場上開始販售的使用心得，藍芽耳機現在主要強打低延遲與降躁兩大點。低延遲這個其實Apple,  AIROHA或晶片龍頭Qualcomm TWS+都有不同作法，基本上要往前兼容的作法我個人覺得Apple Snoop或AIROHA MCSync是目前做好的作法，沒有相容性問題，延遲的效能也不錯，Huawei文宣上寫著"全新雙通道無線傳輸"聽名字是不知道細節，但光是要搭配Huawei自家的手機才有效果，那其實不難猜測應該會類似Qualcomm TWS+的作法。

        但另外一個吸引人目光的是與Apple Airpod一樣是開放式的設計，但卻多了ANC 主動式降躁的功能，上次複習了TWS+ANC從零開始學習筆記: TWS+ ANC 真無線與主動式降躁藍芽耳機，複習一下訊號與系統之FIR Filter，其實主動式降躁技術已經存在很久，不算上什麼黑科技，但現在半導體製程的演進，現在已經可以縮到這麼小的空間裡，再加上Apple Airpods Pro算是跟大家宣示，一級TWS+ANC的樣子與特性應該有的樣子，但即使是Apple也沒再開放性的Apple Airpods II的時候把降躁加進來。

降躁的效果誤差 

        其實降躁原理說起來簡單"製造一個與背景雜訊反向的訊號"Anti-Noise Signal, 但這個沒有控制好，振幅大小與時間對齊都會大幅度降低效果，以下是一個簡單弦波的例子，背景雜訊為cos(x), 所以理論上生產一個負的cos(x)就可以把訊號抵銷，但實際上會一個問題會有
1. 振幅(增益)補償與頻率響應
2. 反向訊號Anti Noise的時間校準

時間延遲對雜訊消除的影響

        這裡用簡單的弦波計算一下，如果振幅控制完美，但如果時間延遲(現在耳機都這麼小一顆，應該沒有空間讓訊號超前)原本應該是完美的降躁效果就會出現誤差項。

        如果背景雜訊是個100Hz的弦波訊號，現在的TWS耳機都非常小，這裡假設外部降躁麥克風到喇叭輸出的實體距離為1.5cm，聲音傳播速度用340M/s來計算這時候的延遲只剩下44us，所以整個處理時間扣掉44us，如果降躁效果要在20dB以上那整個處理時間需要再111+44=155us內完成，如果是高頻雜訊(1kHz)那就只剩下11.1+44=55.1us.

        這也是即時訊號與數位通訊差異最大的地方，他有本質上的物理限制，頻率越快耳機越小理論上就越難處理。

聲音大小與聽感差異

        在降躁耳機宣傳投影片中常會提到自己可以達到10dB, 20dB or 30dB的降躁效果，dB為兩個振幅大小想比取對數的單位，所以如果兩個數值相差10dB，也就是能量相差10倍。
        但人耳的聽感其實與聲音實際大小不是線性的關係，[1] Bruel &Kjaer研究結果聲音大10倍只會覺得聲音大兩倍，反過來說也就是噪音降低10dB只會覺得聲音降低一半的音量。所以每10dB會是一個指標，並不是少3dB音量(聽感)就降低一半，所以真的要避免長時間開大音量，因為你感覺大一倍但耳膜多承受是10倍的能量。

Bruel&Kjaer

 華為Freebud3 降躁的設計

        從拆解報告來看 [2]，整體的設計與Apple Airpods相似，但並沒有看到Airpods Pro的回饋麥克風，也就是說本身的降躁參數並沒有辦法自動偵測配戴狀況與內耳收音效效果，也就是說整個降躁效果的參數是預設一個狀況，可能是任先生吧^^

http://www.52audio.com/archives/31935.html

        我看試用影片華為怎麼解決這個問題，本來覺得很瞎但想想對於DIY愛用者應該也還可以，那就是把參數丟給使用者自己去調整，這樣每個人都是Audio工程師，自己的耳朵自己調整，但這也是跟Apple差異比較大的地方，Apple的設計通常開放的東西很少很少，要使用著拿起來用就是90分，不然這種架構我想Apple Airpods本身硬體應該也不是問題! 只是要不要讓使用者自己DIY而已。

Reference

[1] [Green Biorenewable Biocomposites: From Knowledge to Industrial Applications]
[2] 拆解报告：HUAWEI华为 FreeBuds 3 真无线耳机
[2] [Freebud 3試用影片]