Беседка №169. Шумоподавление в смартфонах. Шумоподавление микрофона


Как работает микрофон для шумоподавления в смартфоне

Современные смартфоны флагманского класса (а порой – и бюджетного) оснащаются системами шумоподавления, предназначенными для повышения качества звука при разговоре по телефону. Эти системы позволяют разделить полезный сигнал и шум из посторонних источников, чтобы отдать приоритет голосу. Без шумоподавления разговор в людных местах, а также в транспорте, становится трудной задачей.

Посторонние голоса, звук колес, стук подвижных частей транспортного средства, а также звучание различного инструмента, портят разговор, делая его неразборчивым. Именно с этими отрицательными явлениями и призвана бороться система подавления шума в смартфоне.

Активное шумоподавление в акустическом оборудовании

Активные системы шумоподавления, применяемые в аудиотехнике, оказались непригодными для коррекции звука в ходе разговора. Такие системы, не настроенные на частоты человеческого голоса, способны выделить стук колес поезда метро, жужжание инструмента, шум ветра и т.д. Но они не могут отличить слова одного человека от другого и при разговоре в людном месте, или там, где громко играет песня, механизм не сможет выделить именно голос говорящего по смартфону.

В ходе анализа частотного спектра чип активного подавления шума может (не обязательно) сразу отсеивать сигнал, частота которого точно соответствует голосу. К таковому, например, относятся волны на частотах ниже 50 Гц и выше 5 кГц. Если отсеять (или приглушить) вкрапления других частот – абонент «на той стороне» не услышит звук бетоносмесителя, или свист чайника. А если и услышит, то очень тихо. Так как частот недостаточно для выделения нужного голоса среди других, второй микрофон необходим.

Как работает система подавления шума в смартфоне

Альтернативным способом подавления шума при разговоре стало использование второго микрофона. Как правило, он располагается на расстоянии от основного, на верхнем торце смартфона или сзади.

Благодаря пространственному разнесению – основной микрофон в процессе разговора улавливает голос пользователя сильнее, чем вспомогательный. Тот, в свою очередь, лучше воспринимает шумы окружающей среды, так как находится дальше ото рта абонента. Чипсет смартфона (или выделенный АЦП для обработки звукового сигнала с микрофона) анализирует частотный спектр с обоих микрофонных каналов. Применяя специальный алгоритм, можно отличить голос пользователя от шума на программном уровне.

Чип Audience для шумоподавления в iPhone 4

В процессе работы звуковой процессор смартфона анализирует спектр акустических волн, получаемый с разных микрофонов. Тот из них, который считается главным, имеет приоритет, и является своего рода «эталоном». Механизм подавления шума «изучает» громкость звуков на разных частотах, чтобы выделить наиболее интенсивные. Так как главный микрофон размещен ближе ко рту, чем другим источникам – наиболее выраженным оказывается именно разговор. Сравнивая «картину» с первого микрофона – с таковой со второго, чип определяет, какие звуки вспомогательный микрофон воспринимает сильнее, чем основной. Именно они считаются шумом, и механизм подавления глушит или уменьшает громкость тонов на таких частотах.

Система шумоподавления с тремя микрофонами

Некоторые смартфоны (например, iPhone, начиная с моделей 5, 5s и 5c) оснащены сразу тремя микрофонами. Сделано это для того, чтобы повысить эффективность работы системы шумоподавления. Получая объемный звук, звуковой чип может точнее определить, какие именно акустические частоты принадлежат абоненту (и требуют усиления), а какие – сторонним источникам (и их нужно заглушить). Такой подход повышает качество общения, но делает смартфон дороже, потому пока редок.

mobcompany.info

Беседка №169. Шумоподавление в смартфонах — android.mobile-review.com

24 декабря 2017

Илья Субботин

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

О важности шумоподавления в современной мобильной электронике…

Оригинальный материал

В вашем смартфоне – куча технологий, от процессоров до модемов и даже выделенных компонентов для отслеживания гироскопа. Аппаратное обеспечение аудиочасти на сегодняшний день также плотно интегрировано в мобильные устройства. Одной из уже включенных в наши устройства, но почему-то не такой популярной технологией является поддержка подавления шума.

Обычно шумоподавление ассоциируется с беспроводными наушниками, но оно также является важнейшим элементом и в других гаджетах, включая и ваш смартфон. Оно используется как в звонках, так и в «умных ассистентах», и, возможно, является самой важной технологией в современных гаджетах.

Что такое шумоподавление?

Ответ – в самом термине: это технология, разработанная для отсечения фонового шума для улучшения слышимости. Однако достичь этого не так просто, как кажется.Для начала – о том, как это работает. Одним из базовых законов физики является то, что звуковые волны одной амплитуды и одной частоты, находящиеся в противофазе, при складывании взаимно отсекаются. Другими словами, если взять волну с пиком в 1 вольт и совместить её с инвертированной волной в -1 вольт, то получится 0 вольт. Они взаимно «погасят» друг друга. В случае с шумоподавлением теория такова, что если мы сможем уловить фоновый шум при помощи микрофона, инвертировать фазу сигнала на определённой частоте с задержкой, равной 180 градусов, и добавить к оригинальному сигналу, то получится отсечь шум. Довольно просто.

Теория слегка нарушается, когда мы из мира теоретического перемещаемся в реальный мир. Микрофоны не идеальны, электронная конверсия добавляет собственный шум, а фаза отсекания звуковой волны, выходящей из динамика, может не совпадать с фазой шума по достижении вашего уха. Эти системы нуждаются в тонкой настройке, но даже в этом случае вы не услышите стопроцентного подавления шума. Довольно часто встречается уменьшение шума в промежутке между -20 и -30 децибел, в котором отсекается фоновый шум от 1/16 до 1/32. Значительный показатель.

Более узкие диапазоны частот позволяют добиться более точного уровня сведения или уменьшения шума, в то время как более широкие диапазоны покрывают больше частот, но не могут так значительно уменьшить амплитуду. Это важно учесть, чтобы понять плюсы и минусы, например, при попытке отфильтровать весь слышимый фоновый шум или просто отсечь шум вокруг частот человеческого голоса.

В телефоне

Если вы всё еще звоните посредством смартфона, то вы с большой долей вероятности заметили, что слышимость собеседника стала гораздо лучше, да и на другом конце звук чистый и приятный. Отчасти дело в улучшениях в качестве звонков, но для кристально чистых звонков на вашем телефоне используется активное шумоподавление для устранения части фонового шума, когда вы держите телефон у уха. Данная технология используется в телефонах уже многие годы, и она продолжает улучшаться.

Помимо основного микрофона для записи голоса, в вашем смартфоне установлены дополнительные микрофоны для шумоподавления. Записи с этих микрофонов можно использовать в описанном выше сценарии, отсекая фоновый шум. Эта же фоновая информация может использоваться для погашения шума, который «слышит» микрофон, в который вы говорите при звонке, но с инвертированием сигнала и совмещением его перед тем, как послать голосовой пакет посредством вашей сотовой сети.

Вдобавок к шумоподавлению, полученная от дополнительных микрофонов информация может использоваться для автоматической настройки громкости вызова на основе уровня фонового шума и для попытки отфильтровать задувающий в динамик ветер. Многие подобные «фишки» включены в смартфоны на уровне процессоров производства Qualcomm и других, что делает их доступными на большинстве аппаратов.

Системы с несколькими микрофонами также служат и другой цели – локализации голоса для «умных ассистентов». Подобная система необходима для определения направления входящей голосовой команды. Эта информация может затем быть использована для определения, что же является фоновым шумом, даже если это другие голоса или ТВ, который впоследствии отфильтровывается для обеспечения максимально чистого источника для алгоритмов распознавания голоса.

В аксессуарах

Очевидно, что аналогичная схема применима к устройствам «умного дома», таким как Google Home и Amazon Echo. Кроме определения направления входящей команды, эти устройства применяют алгоритмы по снижению шума и отсеканию эха, похожие на таковые в смартфонах. В Alexa используется до 6 всенаправленных микрофонов, тем самым предлагается лучшее определение речи и уменьшение шума, чем в обычном смартфоне.

Сегодня технология шумоподавления воспринимается как обязательное условие для Bluetooth-наушников, и этому есть причина. Помимо блокировки общего фонового шума, фильтры можно подстроить под специфический сценарий использования гарнитуры. Например, фитнес-наушники совсем не обязательно должны полностью блокировать шум машин ради безопасности бегунов, но разработанные для дома или путешествий модели могли бы сфокусироваться и на большем диапазоне частот.

Мне посчастливилось опробовать в тестовом режиме технологию Hybrid ANC от Qualcomm. В предлагаемую структуру входят как внутренний, так и внешний микрофоны, создаётся цепь обратной связи. Это на самом деле уменьшает общую акцентированность шума по сравнению с эквивалентным решением с управлением по входному воздействию, но предлагает очень стабильную полосу частот для блокировки огромного спектра слышимых звуков. Демо-образец, который я тестировал, полностью отсекал рёв реактивного двигателя, позволяя запросто слушать музыку в шумной обстановке даже на малой громкости.

Сценарии применения шумоподавления выходят за пределы потребительской электроники. Измерение и блокировка шума могут найти применение в промышленности, например, для сохранения слуха на производствах, а также в медицине – слухопротезировании.

Шумоподавление в смартфонах недооценено. Многие из нас используют его несколько раз в день, даже не замечая этого. Звоните ли вы посредством голосовой связи, привыкли ли к «умным» ассистентам или беспроводному воспроизведению музыки в наушниках — качество ваших любимых сервисов будет разительно отличаться без этой вроде бы неприметной технологии. Она открывает для развивающихся рынков новый мир технологий, основанных на голосе, так что мы ещё о ней услышим.

Автор — Роберт Триггс

Иногда мы не замечаем развитие некоторых технологий, постепенно начинаем принимать их за данность. Так произошло и с упомянутой автором материала технологией. Но, как можно увидеть из статьи, смартфоны с её поддержкой впоследствии окажутся в более выгодном положении за счёт более уверенной поддержки голосовых помощников и «умных» устройств.

Вполне возможно, что в данном аспекте производители увидят дополнительную возможность для маркетинга и использования знаменитых брендов, и мы увидим аппараты с пометкой «ANC by Bose / Sony / Bower & Wilkins», и т.д. В любом случае, технология полезная, главное — найти правильный подход и подстроиться под нужные сценарии. Или же наш пользовательский опыт ничего не потеряет и без шумоподавления в смартфонах?

Мой twitter

Беседка прощается с читателями АМР до 9 января, пользуясь случаем хочу поздравить Вас с наступающими праздниками и пожелать увлекательного и интересного нового года, спасибо за Ваше внимание и до новых встреч!

android.mobile-review.com

Убираем шумы микрофона

Рано или поздно большинство перед владельцами качественных микрофонов встаёт вопрос: «Как убрать шум микрофона?». Чувствительная мембрана микрофона улавливает не только мельчайшие нюансы вашего голоса, но и звук домашнего аквариума, соседей, и даже уличный шум!

Хорошо, если у вас есть возможность обработать звук после записи, но что если требуется убрать шум микрофона в реальном времени, к примеру для стрима?

 

Попробовав несколько вариантов, я нашёл лучший, на мой взгляд, способ устранения фоновых шумов, улавливаемых микрофоном. При этом на шумоподавление тратится крайне мало ресурсов процессора, а значит — FPS в играх не пострадает.

Итак, вот что мы сделаем: возьмём звук с микрофона, прогоним его через программу REAPER, очистив от шумов, и отправим его на виртуальный кабель, откуда его сможет брать любая программа: OBS, Teamspeak, Discord, RaidCall и другие.

Cкачайте и установите две программы: REAPER и программу Виртуальный кабель. Переходим к настройке.

 

Настраиваем REAPER

Запустите программу и откройте настройки (в верхнем меню Options—>Preferences, или просто нажмите сочетание клавиш Ctrl+P).

 1. В левом меню выберите раздел Device,2. в поле Audio System выберите настройку, соответствующую версии вашей Windows,3. в поле Input Device выберите ваш микрофон (мой называется MCU-02, а ваш, скорее всего, иначе),4. а в поле Output device выберите ваши наушники.

 

Включаем и «обучаем» плагин шумоподавления

1. Сделайте двойной клик в нижней части программы на темно-сером поле, чтобы появилась нужная нам панель.2. На появившейся панельке нажмите на красную кнопку Левой клавишей мыши, и она загорится красным.3. Теперь нажмите на ней же Правой клавишей мыши, и в появившемся меню кликните на Monitor Input.

 4. Кликните по кнопке FX,5. в появившемся окне выберите в левом меню строку VST,6. после этого в правой части кликните на строку «ReaFir (FFT EQ+Dynamics Processor) (Cockos)»,

и подтвердите выбор, нажав кнопку «ОК» в нижней части окошка.

 7. В меню Mode выберите пункт Subtract,8. и затем поставьте флажок напротив пункта «Automatically build noise profile (enable during noise)».

 

После этого Вы увидите, как программа построит график шума. Через несколько секунд можно снимать флажок с пункта «Automatically build noise profile (enable during noise)» и проверить, что получилось. Поговорите в микрофон, чтобы услышать, как звучит голос и хорошо ли вырезан шум. Если что-то не устроило, повторите «обучение» плагина, включив, и через несколько секунд выключив флажок «Automatically build noise profile (enable during noise)».

После того, как шумоподавление настроено, осталось только направить обработанный звук на виртуальный кабель, чтобы другие программы могли им пользоваться. Помните, в самом начале в разделе Device в поле Output device мы выставляли наши наушники? Зайдите в Настройки ещё разок (Ctrl+P) и смените наушники на Line 1.

 Сохраните проект в удобное для вас место (например, на Рабочий стол), чтобы не настраивать потом всё заново. Нажмите «Ctrl+Alt+S» и укажите название и место для файлика:

 

Как пользоваться шумоподавлением в любой игре или программе

Теперь каждый раз, когда вам нужно пустить звук без фонового шума в какую-нибудь программу, вам надо сделать две вещи:

1. Запустить REAPER с того файла, который вы сохранили в удобное для вас место, и2. в настройках той программы, где вам нужен чистый звук, выбрать Line 1 вместо вашего микрофона.

Многие игры и некоторые программы не имеют настроек, позволяющих выбирать микрофон, а просто используют устройство по умолчанию. Поэтому лучше сразу назначить Line 1 устройством по умолчанию, если вы собираетесь постоянно пользоваться шумоподавлением.

igrobzor.ru

Шумоподавление аудиозаписи с микрофона в режиме реального времени

Шумоподавление, которым обычно располагает встроенная в материнскую плату звуковая карта работает на основе драйверов. Многие USB звуковухи не имеют данной возможности, количество шума обуславливается исключительно аппаратными характеристиками устройства и качеством элементной базы. Как раз чтобы пофиксить недостатки стандартных драйверов можно использовать специализированные программы.

Итак обо всем по-порядку.

Звуковая карта Ugreen на чипе Realtek ALC4040, которая используется в данном примере, как раз, не имеет функции шумоподавления в драйвере. Минимизировать количество записываемого шума можно используя более качественный микрофон, с экранированным аудиокабелем. Неплохо, если комплекте будет держатель-паук, и стойка, которые избавят микрофон от лишних вибраций, и позволят зафиксировать конструкцию в нужном положении.

В большинстве бытовых случаев в нашем распоряжении обычно оказывается гарнитура или микрофон встроеный в ноутбук, и весьма спартанские условия, в которых нужно производить аудиозапись или вести стрим. В таких случаях тоже для шумодава понадобится сторонний софт.

Из скромного количества Vst-хостов, которые сейчас поддерживаются разработчиками, выбор был остановнен на разработке от Niall Moody - Pedalboard 2.

Данный хост имеет удобный интерфейс, подходит как для Windows так и для MacOS и не сильно грузит систему. Этого хоста и виртуального кабеля будет достаточно для большинства задач, но в следующем материале мы рассмотрим как использовать хост вместе с виртуальным, программным микшером.

Микшер позволит упростить коммутацию устройств.

Установка и настройка VST-хоста.

Pedalboard 2.14 качаем по ссылке и выше и устанавливаем в систему. Если используется Windows, то можно поместить ярлык приложения в Автозагрузку, для запуска программы при старте системы, также в настройках ярлыка иногда требуется выставить разрешения - Выполнять эту программу от имени Администратора.

Настроить хост можно по скриншотам ниже. Основные параметры программы: оставим только Audio Input, и включим сворачивание в трей (Start in tray icon).

Далее смотирим Audio настройки: Вход Input - ставим устройство записи (наш активный микрофон), а в качестве устройства воспроизведения - виртуальный кабель VB-Audio. Драйвер кабеля можно скачать с сайта...

Рзмер буфера (audio buffer size) для начала стоит выбрать в пределах от 480 до 960 samples. Все зависит от звуковой карты. Это значение обуславливает задержку звука при воспроизведении. При нихзких значених могут быть слышны трески, и звук будет искажаться.

Настройка Vst плагинов.

Далее стоит просканировать папки с установленными Vst - плагинами.

После, по двойному щелчку по рабочему полю vst-хоста, добавляем в Pedalboard нужные нам плагины. В нашем случае, чтобы уменьшить задержку их будет всего два. Это DeNoise из пакета Acon Digital Restoration Suite и DeEsser из пакета Fabfilter, или любые другие на ваше усмотрение.

Из бесплатных шумодавов можно обратить внимание на ReaFIR плагин от программы Reaper - ReaPlugs. Он работает и в режиме эквалайзера и в режиме денойзера.

DeNoise из данного пакета прост в настройке и имеет низкую задержку даже в адаптивном варианте. Он работает как в режиме обучения, так и на полном автомате.

Deesser предназначен для уменьшения или устранения избыточно шипящих звуков в записи человеческого голоса. Этот плагин не обязателен.

Многие VST предоставляют огромное количество пресетов, и всегда можно выбрать подходящие к нашему случаю, к нашему микрофону и голосу.

Индикатор CPU Usage показывает насколько загружен центральный процессор, а визуальные связи показывают по какому пути движется аудиосигнал.

Полученый пресет необходимо сохранить как настройки по умолчанию.

Стоит обратить внимание на настройки физических аудиоустройств в системе, назначить устройство воспроизведения по умолчанию.

Выбрать частоту семплирования и битность сигнала на входах и выходах... (Используемая в примерах система, см иллюстацию ниже, позволяет на всех устройствах выбрать режим 2канала, 24 бит, 48000гц).

Для виртуальных кабелей необходимо настроить параметры семплирования и буффера.

Внутренняя частота семплирования Internal SR также 48000гц 24бита. Буфер стоит по умолчанию 7168smp

Наша программа будует находиться в трее при загрузке системы и не будут мешать.

* Наример программы Reaper, Adobe Audition не могут работать в трее, что весьма неудобно. А хосты VSTHost и Minihost Modular некорректно загружают пресеты и работают нестабильно.

Так что выбор очевиден.

Примеры подключения аудиорекордера к виртуальному кабелю.

Теперь звук с микрофона будет чистым хоть на стриме, хоть в скайпе, да в общем то, хоть где. Ниже пример, где видно, что обработанный сигнал берется с VB-Audio Virtual Cable. В качестве устройства воспроизведения выбраны динамики.

Таким образом, с помощью Vst-хоста и денойзера можно за несколько минут настроить программный шумодав. И взяв сигнал микрофона с VB-Audio Virtual Cable, чистый сигнал можно использовать в любой программе, где требуется запись или вещание с микрофона.

Например конфиг скайпа:

← Настройка виртуального микшера VoiceMeeter Banana    Сокращение ссылок для Вконтакте →

vacadem.ru


Смотрите также