山西光纤数据声学回声设计

  为什么要费那么大周折去抑制回声？这个话题应该不言而喻了。会议、语音扩声讲究的即是STI语音清晰度（可懂度），而回声是语言清晰度的比较大。设想踩脚跟式的语音信号传达到耳朵，听者难受，讲者费劲，对于这样的语音会议来说，那必将是一场灾难。我们把声学回声消除这个技术变成一张实体的插件（设备插卡），在系统中，为实现次回声过滤（过滤回声源则过滤多次回声）。这个技术应该插入在系统的哪个环节呢？我们不妨来找找系统中具备近乎相同/相似信号的一级进出环节。我们并不难发现一组具备相似信号的输入输出环节。而AEC技术认为，在这里对回声下手是治根的办法！市面上有多种类的回声消除器，也有部分抑制器，其算法和解决办法各有不同，本文就不详细阐释了。须知，通过对具有相似性极高的输入、输出信号的比对，约掉这一具备相似信号的输出，即切断了回授的根源，A地将不再听到回声现象。非线性的声学回声消除问题，在实际声学系统里面非常普遍也非常棘手。山西光纤数据声学回声设计

我们比较这两个之后就会发现，双讲段主要出现在中间这一段。我们评估双讲性能的主要指标是回声抑制比和近端语音失真度。上面这是经过回声消除之后的语谱，中间的是NLMS算法的结果。我们可以看到它的回声抑制不是很理想，不管在单讲段还是在双讲段，都有比较多的回声残留。而下面这个是采用双耦合算法得到的语谱，可以看到在单讲和双讲里面回声抑制得都比较干净，并且在双讲里，对近端语音的损伤也很小。这个数据对应视频会议场景，因此还需要做一步NLP的处理。上面这个就是基于双耦合算法，做了NLP之后的输出结果。我们可以看到处理完之后，整个语谱很清晰，回声去得很干净，而且语谱没有太大损伤，双讲很通透。我再来简单总结一下，主要是介绍了三个方面的内容，个就是认识了非线性声学回声、产生的原因、研究现状以及技术难点。接下来重点介绍了华为云音视频的双耦合声学回声消除算法，我们的主要贡献体现在两个方面，个方面就是构建一种双耦合自适应滤波器结构；第二个就是提出了小平均短时累计误差准则并进行求解。通过求解之后，我们会得到双耦合滤波器的线性滤波器是具有Wiener-Hopf方程解的比较好解这种形式，然后非线性滤波器具有小二乘解。广西新一代声学回声介绍不上系统传递函数变化的速度，就会导致声学回声消除不理想。

    3.双耦合滤波器设计当滤波器的结构确定下来之后，我们要去设计滤波器系数了。设计过程我把它总结成了三步，第一步就是构建优化准则，第二步是求解滤波器的权系数——Wl和Wn，一步就是构建耦合机制。第一步就是构建优化准则。我觉得构建优化准则，应该是整个滤波器设计里面重要的一步，因为它决定了滤波器性能的上限。什么样的优化准则是一个好的优化准则呢？我觉得好的优化准则需要跟问题的物理特性有效匹配起来，所以在构建优化准则之前，我们先对非线性声学回声的特性进行分析，希望通过这种分析去挖掘非线性声学回声的一些物理特性。我们的分析是基于上面的函数，我们称它为短时相关度，它所表示的是两个信号，在一个短时的观测时间窗“T”这样一个尺度范围内的波形的相似程度，需要注意的是这个函数它是统计意义上的，因为我们对它进行了数学期望运算。同时在分子的一项我们还加了一个相位校正因子，目的是为了将这两路信号的初始相位对齐。基于前面构建的短时相关度函数，我们对大量声学回声数据进行分析，并挑选了几组比较典型的数据：绿色的曲线对应的是一组线性度非常好的回声数据。我们从这个数据上可以看到，在整个时间T的变化范围内，它的短时相关度都非常高。

    在这里我将整个回声路径分成了A、B、C、D四个部分。我们一起来看一下，ABCD里面哪一个环节有可能是非线性的？答案应该是B。也就是回声路径里面的功率放大器和喇叭，具体的原因稍后会做详细分析。接下来我想再解释一下为什么A、C、D它们不是非线性的。首先这里的A和D比较好判断，他们都属于线性时不变系统。比较难判断的是C，因为在一些比较复杂的场景下，声学回声往往会经过多个不同路径的多次反射之后到达接收端，同时会带有很强的混响，甚至在更极端情况下，喇叭与麦克风之间还会产生相对位移变化，导致回声路径也会随时间快速变化。这么多因素叠加在一起，往往会导致回声消除算法的性能急剧退化，甚至完全失效。有同学可能会问，难道这么复杂的情况，不是非线性的吗？我认为C应该是一个线性时变的声学系统，因为我们区分线性跟非线性的主要依据是叠加原理，前面提到的这些复杂场景，它们依然是满足叠加原理的，所以C是线性系统。这里还要再补充一点，细心的朋友会发现B里面有一个功率放大器，同时在C里面也有一个功率放大器，为什么经B的功率放大器放大之后，可能带来非线性失真，而C的功率放大器不会产生非线性失真呢？二者的主要区别在于B放大之后输出是一个大信号。

    声学回声，表现为收发环路的隔离度不好，其根本原因就是耳机在装配时麦克风与喇叭的密封隔离没做好。

    为什么声学器件的小型化容易产生非线性的失真呢？这个需要从喇叭发声的基本原理说起，我们都知道声波的本质是一种物理振动，而喇叭发声的基本原理就是通过电流来驱动喇叭的振膜发生振动之后，这个振膜会带动周围的空气分子相应发生振动，这样就产生了声音。如果我们要发出一个大的声音的话，那么就需要在单位时间内用更多的电流去驱动更多的空气分子发生振动。假设有大小不同的两个喇叭，他们用同样的功率去驱动，对于大喇叭而言，由于它跟空气接触的面积要大一些，所以他在单位时间内能够带动更多的空气分子振动，所以它发出来的声音也会大一些。而小喇叭如果想发出跟大喇叭一样大的声音，就需要加大驱动功率，这样会带来一个问题：我们的功率放大器件会进入到一种饱和失真的状态，由此就会带来非线性的失真。这就是声学器件小型化容易产生非线性失真的一个主要的原因。这里廉价化比较好理解了，就不多说了。原因之二，就是声学结构设计的不合理。典型的一个实例就是声学系统的隔振设计不合理。喇叭发声单元跟麦克接收单元之间，通常是需要做隔振处理的，如果没有隔振处理的话，那么在喇叭发声的过程中，他所产生的振动会通过物理方式传递到麦克接收端。

     介绍非线性声学回声消除的公开文献也少之又少。广西新一代声学回声介绍

AEC声学回声，电话的扬声器的声音(包括反射声)，被麦克风拾取传送给远端，使远端说话人又听到自己的声音。山西光纤数据声学回声设计

    底噪也就是本底噪声，一般指在电声系统中，除去有用的信号外的总噪声。底噪有来自于固有的电子、电磁噪音，也有确是功放电路或电源性能问题导致的。理论上底噪是无法去除的，当然只有当底噪大到影响听感的时候才是问题。很多时候可以提高信噪比把底噪给压低，这确实可以降低听音乐时噪声的影响。但是总之人们还是有带耳机不听音乐的时候，典型的如ANC耳机降噪工作的时候，此时显得尤为重要，近期几大品牌都因为ANC底噪问题造成过批量退货。为了准确的检测产品底噪，我们需要知道目前行业内耳机功放工作类型大概有以下两种：1、产品处于蓝牙播放状态时，功放IC有打开，输入端无任何音源，喇叭输出端有底噪信号输出。2、产品处于蓝牙播放状态时，IC会被系统静音，信号输入端需要给一个很小信号触发功放IC打开，喇叭输出端有底噪信号输出。总的来说，底噪时需要多种指标和技术手段来验证和管控。指南测控整个标准声学测试系统通过极高灵敏度的仪器和声学传感器，采用多种评估底噪能量值的方法，以及专门为底噪测试而设计的箱体及治具结构，测试软件逻辑等一体化的设计，可以准确快速的进行底噪测试。下图TWS耳机中的左耳，在喇叭播放空声源时，喇叭端有略微的电流声底噪。 山西光纤数据声学回声设计