《智能耳机中的声学关键技术》中国科学院声学研究所

由我爱音频网主办的「2020（冬季）亚洲蓝牙耳机展」，于2020年12月17日成功举办，此次展会汇聚了百余家产业链优质供应商、服务商，以及上千家采购商的参与。还有14位行业内重量级嘉宾到场进行了演讲分享，共同探讨音频领域的发展状况和未来的发展方向，并且发布了他们的最新研究成果或产品。我爱音频网会陆续为大家整理分享嘉宾们的演讲内容。

演讲嘉宾：
中国科学院声学研究所
研究员/博士生导师 
李晓东

演讲主题：
《智能耳机中的声学关键技术》

中国科学院声学研究所从事声学和信息处理技术研究的综合性研究所，主要致力于声学和信息处理技术学科的应用基础和高技术发展研究，引领学科发展。

李晓东先生是中国科学院声学研究所研究员/博士生导师，兼任中国声学标准化技术委员会主任委员、中国电声学标准化委员会副主任委员、中国电子音响行业协会副理事长/专家委员会主任、中国《声学学报》中英文版主编等。

此次展会上李晓东老师首先回顾近期智能耳机的发展情况，随后围绕智能耳机中的声学关键技术问题，介绍了无线传输、音频编解码、电声器件、芯片、算法以及测试方法等相关方向的技术进展，就耳机送受话中的语音增强、主动降噪以及空间声重放等热点问题展开讨论。最后对智能耳机产业的未来发展趋势做了总结和展望。

视频版完整内容点击可播放，以下是文字内容。

李晓东老师此次报告的主题是智能耳机中的声学关键技术。

分别从引言、相关研究基础/技术、关键技术新进展和展望四个部分为我们详细介绍了目前智能耳机中声学关键技术的发展。

听和说是人类最自然的交流方式，也是最好的人机交互方式。耳机也成为人们最早广泛使用的可穿戴电子设备(助听器/人工耳蜗)。

耳机的发展史首先从听诊器/助听器开始。

真正耳机的发展是随着远距离传输电话的诞生而逐渐出现。

电话发明不久之后，双耳声重放出现，将演播大厅的声音通过两条电话线传输到远端。

耳机发展史从早期电话、耳机有线时代到无线话筒模拟无线时代，逐渐发展成为数字网络有线时代和无线移动智能互联时代。

到今天的“智能”耳机时代，耳机已发展成为将无线互联+边缘计算+智能传感+语音交互融为一体的产品。

目前智能音频设备特征已涵盖多个方面，包括无线网络通讯、语音识别和交互功能。

更好的音频重放，如目前逐渐发展起来的3D音频。

干扰环境下的噪声降低和语音增强功能。

更多的信号感知能力和在线补偿能力。如心率、脑电以及人体运动特征等生理信号，智能换能器、失真补偿等。

每个人都有独特的听觉器官：外耳、中耳、内耳；人类听觉系统既有个性也有共性，研究耳机要从两个方面出发。

双耳空间听觉检测。

作为一个耳机离不开传感器和换能器，电声元器件不断进步发展，将进一步促进蓝牙耳机的发展。

上面讲述到人类听觉系统的个性与共性，人机工程便是其中最重要的一项技术。

与测试方法和测试技术也有着密切的关系。其中包含着很多方面，比如电池安全性、音频一致性以及对环境的影响等。目前降噪耳机测试标准更是落后于产品的发展速度。

耳机最主要的功能是声重放，而影响耳机声重放的因素有许多。

耳机均衡性是其中一个因素，目前也已经有许多厂商推出目标频响曲线。但由于存在很强的主观性，并不能准确分类优良差。

Sennheiser HD202频响曲线测试。

只均衡相位是调整频响曲线中的一种方式。

均衡相位主观实验结果具有高一致性。

目前耳机声重放中包含双声道信号直接馈给耳机：声音在颅内；双耳捡拾或虚拟听觉（HRTF）技术产生3D声以及个性化HRTF。

由于各种因素的影响，测试的HRTF结果有着很大的不同。

但通过选定6项人体关键的生理参数，HRTF测试结果趋向一致性。

到了今天由于技术的发展，对于提取人体参数也更加便利，目前也已有相关技术开始应用。

有源噪声控制技术在飞机、汽车等许多领域都有应用，ANC耳机是目前ANC技术最成功的应用。

ANC技术在上世纪50年代就已出现，到90年代开始商用，主要应用在飞行员上。到了今天，ANC耳机的发展，使其得到迅速的普及。

ANC耳机的主要问题与声学设计、电声器件、控制算法、硬件芯片等等密切相关，具有很强的交叉性需要整体性设计。

佩戴方式对ANC效果有着很大的影响。

通过虚拟传声器降低佩戴的影响。

通过固定+自适应滤波测试结果。但是由于自然环境很多因素影响测试结果，目前很难有一个准确的测试标准。算法上的快速变化是国际标准落后的重要原因。

IIR滤波器的离线优化通过遗传算法和梯度下降优化策略，快速提供最优的传递函数曲线，然后再进行自己的优化，从而达到最优的降噪效果。

降噪另外一个方向是向远端送话时语音增强ENC技术。

目前最主要的技术是通过基于语音和干扰噪声的来波方向不同，从而降低噪声。

原始信号、2mic、3mic情况下风噪处理结果对比。

深度学习的DNN-Based语音增强技术是另外一个方向，需要通过先训练才能应用，缺点是需要的数据多计算量比较大。

目前由于芯片技术的发展，计算量和存储量都得到极大地提升，DNN ENC应用于蓝牙处理芯片上得到了很好的发展。

耳机产品涉及到很多技术，包括声学、计算和信号处理技术、现代通讯技术、人体工程学和设计等等，综上技术的进步才能不断促进耳机的发展。

以上就是中国科学院声学研究所李晓东老师演讲的全部内容，我爱音频网会为大家陆续整理分享其他嘉宾的演讲内容，敬请关注。

往期回顾：
《蓝牙耳机标准与检测技术交流》中国电子技术标准化研究院

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