华为Freebuds 3与苹果Airpods Pro降噪能力深度解析
华为Freebuds 3耳机是业界唯二使用自主主控芯片的TWS（真无线立体声）耳机，发布后引起了业界广泛的关注。产品上市后各路评测大神倾巢出动，有主观听音的，有用仪器测量的，但无一例外，都对标苹果Airpods Pro。今天警长将从理论及器件层面，对华为FB3及苹果AP进行一个更为深入的解析，文章将涉及到诸多声学理论知识，警长会尽量尝试用浅显的方式进行描述。本文不涉及到主观听音，如果希望有这方面内容的小伙伴请出门右拐。
降噪原理
苹果AP和华为FB3之所以经常被拿到一起对比，因为他们有几个共同点：第一都是由手机厂商出品；第二都有自主开发的耳机芯片（苹果H1、华为麒麟A1）；第三都有主动降噪功能。
而从用户角度来说，其最大的价值点莫过于降噪和低时延。对于降噪很多用户希望了解耳机的降噪水平到底怎么样，但是常常被很多术语绕晕了头，甚至坊间一些测试大咖也没大搞清楚，常常是一通操作猛如虎，把用户搞的更晕了。为此，警长先给大家说说降噪的分类。
降噪可以从不同维度区分，第一个维度是上行、下行，第二维度是主动和被动，第三维度是环境和通话。如果不把降噪的分类理解清楚，就会对耳机的降噪理解产生很大的偏差。因此警长先逐一说明一下这些概念。
上行降噪与下行降噪
上行/下行是通信行业的术语，在网络中，专家定义越“大”的设备越靠“上”。信号从“小”设备发到“大”设备，就被叫做上行信号，反之则成为下行信号。比如相比手机，耳机更小，那么手机就在上，耳机在下，从耳机像手机发送的信号就是上行信号，反之则为下行信号。
我们在通话过程中，语音是我们真正要传递的有用信号（术语），而有用信号之外的声音，比如周围人群、机器设备、风噪等各种噪声就被称作无用信号。所谓上行噪声，就是指接收机（耳机中的麦克风等接受传感器）接收到的无用信号，而所谓上行降噪就是通过一系列技术手段，让接收机（耳机中的麦克风、骨传导传感器、声音编码器等一系列器件及在相关算法作用下）尽量减少无用信号，同时保留有用信号。
而所谓下行噪声，就是我们需要听的有用信号（如手机传来的音乐）之外的一切无用信号。而所谓上行降噪就是通过一系列技术手段，让耳朵尽量只听到有用信号。
总结一下上行降噪和下行降噪的区别，前者是为了让对方能听清楚，而后者是为了让自己能听清楚。
市面上大部分产品，在上行降噪上下的功夫不多。毕竟大部分用户拿到耳机的第一感知是听一下效果，而在通话中，对方如果听到有杂音，用户可能会认为是手机信号不好等其他原因造成的，不会太介意。
而苹果的AP和华为FB3都使用了骨传导技术，这个技术的主要用途一是上行降噪，二是语音唤醒。关于骨传导，下文我们再详细说明。
主动降噪与被动降噪
被动降噪指通过耳机结构包围耳朵形成封闭空间，或采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声，来达到降噪效果。也就是将耳朵通过物理方式与外部环境隔离开，从而减少外部环境噪声（无用信号）对有用信号的干扰。常见的方式就是下图中的头戴式耳机，把耳朵给“包裹”起来。另外还有入耳式耳机，“包裹”的不是耳朵，而是用橡胶等材质隔绝耳道与外部环境。
头戴式和入耳式，一起被称作封闭式耳机或者密闭式耳机，与之相对应的是开放式耳机。密闭式耳机与开放式耳机相比，前者具备更好的被动降噪能力，但便携性和佩戴舒适性差，而后者则佩戴舒适度更高，但被动降噪能力较差。
主动降噪技术首先要拾取外部环境音，并且识别出环境音中的噪音部分（下图中右上角粉色信号），进而系统生成一个与噪音反向的信号（下图中右上角紫色信号），再通过扬声器将这个“主动”生成的声音发送出来，生成的信号由于与噪声幅度相同，但是相反相位（可以理解为电荷正负相反），两个信号叠加后，就会互相“中和”（右下角两个信号叠加后“归零”）
可见，如果把噪音当作敌人，被动降噪是防守，单纯的隔绝阻挡敌人进入耳朵。而主动降噪呢，则是识别出敌人，主动生成一个敌人的“镜像”，两者相遇，互相抵消（以毒攻毒大法）。
主动和被动降噪并不是互斥的关系，而通常是同时存在的。实际上绝大部分主动降噪耳机不得不采用封闭式耳机，而华为FB3是业界第一款半开放式主动降噪耳机。
为什么绝大部分主动降噪耳机都是封闭式呢？前面讲到，降噪电路需要识别噪声和非噪声，从而产生一个噪声的镜像信号，那么降噪电路需要对比来自两个不同信号源的声音，一个来自耳机外面，一个来自耳机里面，前者含噪声，后者不含噪声，这两个声源差别越大，越容易识别出噪声，也越容易实现更好的降噪效果。对于密闭式耳机，主动降噪更容易实现，而对开放式耳机来说，要做到和密闭式耳机同样的降噪水平，难度就高的多。
而华为的FB3，为了提升佩戴的舒适性，做了取舍，在业界首次在半开放式耳机上实现了主动降噪。
环境降噪与通话降噪
除了上面我们提到的概念之外，我们还会经常见到环境降噪和通话降噪这两个概念。实际上这两个词特指下行和上行降噪的典型场景。我们说上行降噪和下行降噪的区别，前者是为了让对方能请清楚，而后者是为了让自己能听清楚。而环境噪音业界通常特指在下行场景下，对听者产生影响的环境噪声。通话降噪，则是特指上行降噪，减少上行噪声，让对方听的更清楚。
那么这几个概念之间的关系是怎样的呢？
主动降噪和被动降噪，一定是下行降噪。下行降噪，是为了让自己听清楚，而主动降噪和被动降噪都是为了让自己听的更清楚，所采用的方法不同而已。
而通话降噪呢，一定是上行降噪，目的是让对方听的更清楚。
苹果与华为的上行（通话）降噪方案对比
前面我们提到，业界使用骨传导实施通话降噪的耳机很少，实际上据黑毛警长所知，目前也就苹果和华为两家有。（如果网友知道还有其他的，还请回复告知，谢先）
在对比两家的技术之前，我们先了解一下什么是骨传导通话降噪技术。
大家都遇到过一种有趣的现象，自己录音听起来不像自己的声音。不管你的录音设备有多好，还原度有多高，给自己录音再播放出来之后，你都会感觉这个声音很“陌生”，不像自己日常听到的声音。
这就是颅骨传音现象。
我们日常听到别人的声音，只有一条“接收路径”，也就是：耳廓-耳道-鼓膜-听小骨-耳蜗-听觉神经。但听自己的声音，有两条听觉路径。第一条路径和自己的声音从嘴巴发出后，通过空气传播，再从耳朵进入。第二传播路径是喉部震动通过颅骨直接传递到听觉神经，根本不经过“耳廓-耳道-鼓膜-听小骨-耳蜗”。自己听到自己的声音，是这两个神经信号的组合。
但如果是录音，录音设备只能录到你嘴巴发出的声音，并不可能录到颅骨传递的震动，也就是少录了一部分声音，那么录音和自己听到的声音当然就不会一样了。
所以医学上讲听力受损有两种，一种是神经性的，一种是非神经性的。如果听觉神经没有受损，比如是鼓膜坏了，那么即使听不到外部的声音，还是可以听到自己的声音（颅骨传音）。但如果是听觉神经“故障”，那不仅听不到外部的声音，自己的声音都听不到了。
骨传导降噪技术就是利用了颅骨传音。
所谓骨传导降噪技术，就是在耳机中除了设置一个接受语音信号的“通话麦克风”之外，再增设一个接受颅骨声音信号的震动传感器。前者是接受空气传播的语音，后者是用于接收颅骨传播的语音。空气传播的语音，当外部环境噪声比较大的时候，就会受到噪声干扰，比如常见的风噪，而颅骨传音是不会受到外部环境影响的。
出人意料的是，业界第一家使用骨传导降噪技术的耳机，是华为的Freebuds 2 Pro（2018年12月上市），苹果的Airpods 二代（2019年3月上市）也随之应用了骨传导降噪技术。而FB3和苹果AP也都继承了各自上一代的技术。
骨传导技术目前业界只有两家供应商能够提供传感器，一家是丹麦的Sinion公司的VPU（Voice Process Unit）传感器，另外一家是意大利公司意法半导体的ST LIS25BA。前者是华为用的方案，后者是苹果的选择。
如果要分析华为和苹果的上行降噪能力，首先就要分析这两个传感器。
先看看两者的外形
上图是华为FB3使用的VPU外形，型号是VPU14AA01，这和 Freebuds 2 Pro使用的是相同的型号。
上图是苹果Airpods Pro使用的骨传导传感器，型号是LIS25BA，和苹果的Airpods使用的相同型号。
这两个传感器都是震动传感器，VPU14AA01是单轴震动传感器，输出的是模拟信号，而LIS25BA是三轴震动传感器，输出的是数字信号。
相比前者，苹果用的传感能够输出的频宽更宽，但随时而来也有不足，就是其耗电量更大。
由于骨传导传感器不仅用于上行降噪，还有另外一个重要的功能，就是语音激活，因此其功耗指标至关重用。所谓语音激活，举个例子，就是对着苹果Airpods Pro说 Hey Siri，就能激活苹果手机的语音对话功能。因此为了实现这个功能，骨传导传感器就得一直处于工作状态，其功耗的大小对于耳机的待机时长就会产生影响。
如果不考虑待机，单从理论上说，意法的三轴传感器性能上应该比VPU更好，但为什么华为没有选择意法呢？和成本关系不大，这两个解决方案的价格差不多。警长猜测，主要的因素应该还是耗电量。华为在使用功耗更小的VPU的情况下，待机也短于苹果，如果用了意法的传感器，那么待机将受到进一步影响。因此不得已使用了理论性能不足但待机更好的VPU。
当然这仅仅是理论上的猜测，两者在性能上的差别，不能单纯从理论上看。那么我们如何对比一下两者在上行降噪方面的性能呢？
警长并没有专业的设备，也不打算采用主观的方式进行测评。警长给大家提供两个公司官方的视频，恰恰都是上行抗风噪的视频，大家自己听一下，孰优孰劣各位自行判断。
下面的视频建议大家带上耳机观看。视频中上半部分是意法半导体（苹果使用方案）工程师测试视频，而下半段是Sinion公司（华为使用方案）工程师实测视频。
好看完了之后，大家感觉如何呢？欢迎在评论区回复说说自己的感受。
苹果与华为的下行（环境）降噪方案对比
前面我们说到主动降噪特指下行降噪中的场景，通常也被成为环境降噪。那么主动降噪是如何实现的呢？先给出一张原理图。
看起来有点复杂是吗？警长帮大家解读一下，主动降噪系统由三部分构成，第一部分是两个麦克风和一个扬声器，第二部分是放大器和数模转换器，第三部分是数字化主动降噪器件。
两颗麦克风，一颗成为参考麦克风，也被称为环境麦克风或者前馈麦克风，另外一颗是纠错麦克风，也被成为反馈麦克风。
简单的理解，参考麦克风用于接收耳机外部环境噪音，而纠错麦克风主要用于接收耳机内部的噪音。可见想象，这两个麦克风的性能对整个降噪系统至关重要。
华为FB3的麦克风使用了歌尔股份的产品，歌尔是世界上硅麦（MEMS麦克风）销量最大的供应商。苹果Airpods Pro使用的也同样是来自歌尔的硅麦。
而扬声器，苹果和华为使用的都是14毫米动圈
而华为除了动圈之外，还另外增加了一个倒相管，作用是提升低音的效果。但这个倒相管对降噪理论上影响不大。
而降噪算法部分，都在各自的主控芯片中。
上图是华为A1芯片的架构，其中包含了应用处理器，电源管理，传感器HUB，RAM，蓝牙通信和DSP。而主动降噪算法就在其DSP中实现。
苹果A1的图片中直接标明了环境降噪（下行降噪）和语音降噪。
至于说两家的降下行噪算法谁孰优孰劣，本文不做探讨。这个只能从最终的效果去看。从警长个人的体验来说，两者差不多。不过警长不是金耳朵，警长的个人体验毫无参考意义，哈哈。
总结
华为FB3和苹果AP都具有优秀的上行降噪能力，从理论上看苹果AP的性能应该更胜一筹，但实际效果，各位看了视频应该能够得出自己的结论。
而下行降噪效果，理论上两者不分伯仲，实际效果还需要大家自己去体验一番才好。
如果问警长的购买建议，警长的建议是如果是苹果手机用户，建议买AP，如果是华为手机用户，建议是FB3。原因是两者都有私有协议，所谓私有协议，就是只能用在自家设备上的通信协议。效果上最明显的就是时延，两者连接自家的手机都可以达到200ms级别的时延（人能听出来的时延是300ms）。而如果耳机连接的不是自家的手机，这个时延就会受到影响。
那如果用的手机既不是苹果又不是华为呢？那当然是……换手机啦，嘿嘿