引言

透?jìng)?通透模式是TWS耳機(jī)除ANC和ENC以外的重要功能，做的好的聲透?jìng)�，佩戴耳機(jī)如若無(wú)物，耳機(jī)殼體在聲傳播中仿佛透明，可以給用戶(hù)帶來(lái)豐悅的感受。

近日，臺(tái)灣桃園市的中原大學(xué)電子工程系的Chong-Rui Huang, Cheng-Yuan Chang和Sen M. Kuo[1]提出主動(dòng)透?jìng)骶馑惴�，�?shí)時(shí)預(yù)估鼓膜處真環(huán)境聲與偽環(huán)境聲的殘差，使用FxLMS算法實(shí)時(shí)調(diào)整透?jìng)髌鳎ㄟx用FIR濾波器）的參數(shù)，對(duì)比基線算法[2]與商業(yè)耳機(jī)（看論文原圖7，推測(cè)應(yīng)是AirPods Pro一代）取得抑制低頻干擾與壓制高頻環(huán)境聲反抬的收益。

如21dB前文《ANC耳機(jī)系列之通透模式》，在理論上，透?jìng)髌鱾骱绞黔h(huán)境聲來(lái)波方向俯仰角和水平角的函數(shù)，因此若僅設(shè)置一系數(shù)固定的透?jìng)髌鳎o(wú)論是FIR還是IIR），則易產(chǎn)生較大誤差，難以取得最佳效果。

該研究有以下幾點(diǎn)技巧值得介紹

一、時(shí)移離線估計(jì)

真環(huán)境聲需要通過(guò)佩戴耳機(jī)時(shí)耳機(jī)參考麥?zhǔn)叭〉耐饨绛h(huán)境聲x(n)推算而來(lái)，首先兩者差了一個(gè)時(shí)延，且此時(shí)延與環(huán)境聲來(lái)波方向有關(guān)，其次為佩戴耳機(jī)時(shí)鼓膜處拾取的真環(huán)境聲與佩戴耳機(jī)時(shí)外界環(huán)境聲x(n)有頻譜染色關(guān)系，也即差了一個(gè)傳函，文中對(duì)應(yīng)T(z)。

該研究在各角度下測(cè)量
（1）人工頭不佩戴耳機(jī)時(shí)，聲源在鼓膜處的真實(shí)環(huán)境聲d(n);
（2）人工頭佩戴耳機(jī)時(shí)，耳機(jī)外側(cè)前饋麥?zhǔn)叭〉耐饨绛h(huán)境聲參考信號(hào)x(n).

求解延遲，使真實(shí)環(huán)境聲d(n)與外界參考環(huán)境聲x(n)在各方向下的相關(guān)函數(shù)均值最大，再利用此延遲，配合LMS算法估計(jì)外界環(huán)境聲x(n)變?yōu)楣哪ぬ帯罢姝h(huán)境聲”的傳函T(z)的時(shí)域脈沖形式t(n)，x(n)卷積t(n)的  即是對(duì)鼓膜處真環(huán)境聲的估計(jì)。

二、塑形濾波器

耳機(jī)被動(dòng)降噪曲線代表耳機(jī)殼體對(duì)外界環(huán)境聲的衰減作用，不同耳機(jī)形體不一，同一耳機(jī)在不同佩戴狀況下也不一。由下圖可見(jiàn)，聲衰減大約從300 Hz開(kāi)始，滾降至3 kHz最為嚴(yán)重。

圖表1 被動(dòng)聲衰減量（原論文圖5）

該研究據(jù)此設(shè)計(jì)了塑形濾波器（Shaping filter），留待與  卷積得  。其幅頻響應(yīng)曲線如下圖，其意義在于保留對(duì)1~3kHz估計(jì)的真與偽環(huán)境聲誤差的關(guān)注（增益為0dB），弱化低頻及高頻真?zhèn)苇h(huán)境聲誤差的影響，從這個(gè)意義上說(shuō)，此塑形濾波器在理念上與FxFeLMS算法中對(duì)誤差信號(hào)再做濾波有一定相通之處。

圖表2 塑形濾波器幅頻曲線（原論文圖9）

三、主動(dòng)透?jìng)骶馑惴?/P>

圖表3算法框圖（原論文圖6）

圖中  再?gòu)浹a(bǔ)次級(jí)通道時(shí)延，即是耳機(jī)外側(cè)參考麥?zhǔn)叭〉耐饨绛h(huán)境聲x(n)推算而來(lái)的“真”環(huán)境聲，x(n)卷積透?jìng)髌鲄?shù)  ，再經(jīng)過(guò)次級(jí)通道的物理聲傳播過(guò)程，到達(dá)鼓膜處即是補(bǔ)償聲。根據(jù)算法框圖結(jié)構(gòu)，透?jìng)髌鲄?shù)  以FxLMS算法調(diào)節(jié)。

四、效果

如下圖所示，所提方法通過(guò)塑形濾波器取得了同時(shí)壓制低頻干擾和抑制高頻各方向環(huán)境聲來(lái)波的聲反抬，由于基線方法和AirPods一代。

仔細(xì)看圖，AirPods Pro一代的透?jìng)髡`差可高達(dá)10kHz左右依舊保持在很低的水平，反觀所提方法僅能保持至4kHz。針對(duì)該點(diǎn)，該研究解釋說(shuō)AirPods Pro保持至10kHz無(wú)必要，且會(huì)引發(fā)高頻環(huán)境聲反抬（通俗的說(shuō)就是補(bǔ)償過(guò)頭了），對(duì)此我持保留態(tài)度，延展至10kHz是否有必要、高頻環(huán)境聲補(bǔ)償過(guò)頭是否會(huì)產(chǎn)生負(fù)向的不愉悅感，應(yīng)當(dāng)通過(guò)多人的主觀實(shí)驗(yàn)來(lái)得出結(jié)論，此論斷有些牽強(qiáng)。

圖表 4 (a)所提方法真、偽環(huán)境聲殘差(b)基線方法殘差(c)AirPods Pro一代殘差（原文圖14）

參考文獻(xiàn)：

[1]Huang, Chong-Rui, Cheng-Yuan Chang, and Sen M. Kuo. “Time-Shift Modeling-Based Hear-Through System for In-Ear Headphones.” IEEE Transactions on Consumer Electronics 2022，68(3): 273-280.
[2] Gupta, Rishabh, et al. “Acoustic transparency in hearables for augmented reality audio: Hear-through techniques review and challenges.” Audio Engineering Society Conference: 2020 AES International Conference on Audio for Virtual and Augmented Reality. Audio Engineering Society, 2020.