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推介 【读者来稿】看不出的创新,听得见的改变——谈 iPhone 5的通话性能提升

本帖由 漂亮的石头2012-09-15 发布。版面名称:APPLE专区

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    2012-02-10
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    感谢作者 YYTravis [ID:47974] 投稿
    我写这篇东西是想谈谈 iPhone 5里,被主流中文媒体都严重忽略了的提升通话质量的新技术。
    由于当天的发布会在介绍此项技术的时候,已接近 iPhone 5发布的尾声,而且因为是通过图文直播收看发布会,所以图文直播的主持人也不是那么容易(专业的)解释得清楚,都简单以“XX技术”翻译一下就这么过去了,所以在当时也并没有引起我的关注,不过在后来看发布会 Keynote 的时候才发现这是一套令人赞叹的独创的、完整的并且复杂的技术。由于 iPhone 5并未拿到手,以下我所讨论的一切,都是基于发布会本身的信息、过往行业内所做出的一些研究,加以个人的推断所得。如有错误,欢迎指正。
    [​IMG]
    更好的音频表现
    下面先介绍一下双麦克风降噪:
    双麦克风降噪
    目前为止,这是市面上大部分手机所采用的降噪方法(也包括中高端蓝牙耳机)。听名字就知道是有两个麦克风,第一个是位于手机底部的通话麦克风,作用是接收人的声音,但不可避免地因为周遭环境也收录了一些杂音。另外一个麦克风,往往处于手机(蓝牙耳机)最远离通话麦克风的地方,用于收录不含人声的现场环境音。用过 Cool Edit(已被 Adobe 收购,改名为 Audition)的朋友都知道,噪音消除就是利用一段同环境的不含人声的噪音,与含有人声和噪音的音频进行对比,从而找出相类似的信息,来去除音频里不被利用的环境杂音。而手机(蓝牙耳机)内部的芯片正是通过类似的方式进行实时处理,从而达到降噪的效果。
    但是这里就出现了问题。假设每个人手头上的手机都含有双麦克风降噪的功能,皆可输出一段相对纯净的人声音频,但那是否能保证我们就能够获得完美的通话效果呢?这显然不太可能。双麦降噪只是解决了音源的问题,在实际的通话过程中,还存在着通信传输失真(各位听听彩铃就知道了)、以及双方通话现场干扰的问题。就以上两个问题,苹果推出了“全频音效”(Wideband Audio)和“降噪听筒”(Noise-canceling earpiece)两项技术。按照发布会的描述,这两项技术如无意外能够把手机通话质量提高到业界最高水平。苹果也终于进一步提升了手机最本质的功能——通话。
    三麦克风降噪与降噪听筒
    苹果很巧妙得把第三个麦克风设计在了前面板听筒里面。那么第三个麦克风是用来干嘛的?
    [​IMG]
    三麦克风(包括两个降噪,一个在后背镜头与闪光灯之间,一个暗藏在前面板听筒里)
    第三个麦克风的主要作用便是在通话过程中,除听筒内声音以外,耳朵周边的现场噪音进行清除。讲的可能有点抽象,请看下面详解:
    [​IMG]
    降噪听筒(此功能通过前面板听筒里头的麦克风实现)
    双降噪可以改善自身手机发送的音源质量,但不可以保证对方有一个很好的通话环境。诸位可以试试在 KTV 里打电话,估计没谁不是走出房间听的。这个时候,降噪听筒来了。它能让你在通话时只听到对方的声音,而所有来源于自己所在现场的噪音都会得到有效消除。这也并不是一个多么新颖的技术,拥有魔声录音师(Monster beats Studio)或者索尼 NW-Z1050(类似于 iPod touch)的朋友也应该知道了主动降噪这一名词。下面是一段来自百度百科的解释:
    主动降噪功能就是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波,将噪音中和,从而实现降噪的效果。为了积极主动地消除噪声,人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是:所有的声音都由一定的频谱组成,如果可以找到一种声音,其频谱与所要消除的噪声完全一样,只是相位刚好相反(相差180°),就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是:从噪声源本身着手,设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来。​
    如果有朋友反应足够快的话,一定会觉得,其实这功能未必需要第二个降噪麦克风提供帮助,只需要机身后面的那一个就足够了。理论上确实是这样的,而且耳机一般也是这样处理的。但是,这里却牵涉到了另一个问题——混响。
    人在使用手机打电话的时候,耳廓会贴着前面板(即听筒附近),这样便形成了一个相对密闭的听音环境,相当于一个圆锥的空间。因为隔音不彻底的缘故,外界的噪音进入这个小空间,并在耳廊和手机玻璃面板里聚集、反射,产生了新的混响。若是只是使用机身后侧的麦克风进行降噪的话,显然没有考虑到混响的影响。苹果很聪明地把第三个麦克风放在了听筒处,收录了这一空间里混响的环境音,再进行智能降噪。这样便可极大程度上保证接听通话内容的清晰度,把环境的影响降到了最低。
    有人会问在通话的同时,对方说的话即听筒传输出来的声音,同样出现在了这个空间里面,那怎么这段声音怎么没有被相关降噪技术给“误降”掉了呢?我个人的猜测,苹果可能采取了间歇工作的方法,在我们自己讲话的时候第三个麦克风收录声音,在对方讲话的时候停止工作。也就是说这个部分的功能并非实时有效的,但由于环境音有一定的变化规律以及相对固定的频率范围,还是能够有效减低环境噪音对通话的影响。
    第三个麦克风可能的另外一个用途——辅助 Siri 进行声音降噪。
    下面讲讲另外一个问题的解决方案——全频音效
    [​IMG]
    全频音效(英文为 Wideband Audio),蓝色部分为全频音效所做出的补偿
    由于通讯技术的限制,通话传输过程中难免会出现频率范围过窄和声音不完整的情况(这个具体不是很了解,只是基于一些对声音理解而进行的推断),最终造成了声音失真。苹果推出的“全频音效”宣称,可以让声音更为自然,而非通常那种硬邦邦的失真声响。
    说到音效,大家可能会想到的是均衡器,又或者是叫 EQ。EQ通常是对各种不同频率的音频信号进行调节,从而达到补偿扬声器的缺陷和修饰声源的效果。一般情况下,各大手机厂商也不会那么笨,明知通话质量不高,肯定会对听筒和声音进行 EQ 调节,这也确实能够稍微提高人声的表现。然而苹果这次动用了发布会的一分钟时间去介绍这样一个功能,必有其过人之处。而这次很有可能,不是一个单一的 EQ 设定,而是一个动态处理。它可能依据一些过往的数据,针对声音(男女声频段略有区分)运算处理出适当的补偿,丰富人声真实自然的感觉。大家不要忘了,苹果的 Siri 推出一年了。相信在 Siri 里头,也添加了不少声音处理的技术。因此全频音效很可能是一次技术的移植。
    关于全频音效就说到这里吧,毕竟还没有人测试验证过,还是等机器上市的评测吧。
    所以说,苹果从根本上给手机注入创新的理念,一连串地解决了通信的问题,提供了一套完整的通话解决方案。前阵子出了条新闻,说苹果放弃了原来的 Audience 的噪声过滤技术,可能就是这方面的原因?苹果推出的通话质量解决方案都是靠着自家的技术(含收购相关科技公司)慢慢完成的。凭借着过硬的硬件设备,性能翻倍的 A6处理器(打个电话这里又要降噪,那里又要处理提升音质,稍微弱点的搞不了),再次完美地融合了软硬件,做着最低调的产品创新。不可否认,iPhone 5是一部让人“失望”的 iPhone,但不变的,还是苹果对于完美的追求。
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