双麦降噪技术及其解决方案详解
摘要：该文解析了双麦克风降噪的原理，介绍了典型芯片BelaSigna R261的特性，并给出了具体降噪的解决方案及设计中的注意事项。

关键词：双麦降噪技术解决方案
近两年，关注手机的朋友们肯定经常听说一个名词“双麦降噪”，尤其是这种技术被iPhone手机所使用后，几乎就成了各大品牌旗舰手机的标配，愈发深入人心，甚至一些千元级的热门手机也纷纷采用了这种技术。

那么双麦降噪到底是什么含义呢？
1 双麦降噪的原理
顾名思义：双麦就是两个麦克风，让手机安装两个麦克风，再通过技术处理，将外界的噪声消除，从而使听筒声音非常干净。

这种设计也是来自于“声波叠加互抵”的原理，由于声音的传播是通过介质的振动来实现的，波与波之间的波形如果呈反相，则在理论条件下会抵消。

图1所示是手机双麦降噪的原理示意图（绿色箭头表示通话的语音，红色箭头表示环境噪声）。

手机设有A、B两个性能相同的麦克风，其中A是主话筒，位于靠近手机面板下方，主要用于拾取通话的语音。

话筒B是背景声拾音话筒，它通常安装在手机话筒背面的上方，并且远离A话筒，两个话筒在内部有主板隔离。

当正常语音通话时，嘴巴靠近话筒A，它产生较大的音频信号Va，与此同时，话筒B也会得到一些语音信号Vb，但它要比Va小得多。

这两个信号输入话筒处理器，经过差分放大器处理，也就是把两路信号相减后再放大，于是得到的信号是Vm=Va-Vb。

由于环境中的背景噪声相对话音信号来说都是远离手机的，所以到达手机的两个话筒时强度几乎是一样的，也就是Va≈Vb，于是对于背景噪声，两个话筒虽然是都拾取了，但Vm=Va-Vb≈0，从而放大器输出几乎为0。

由此可见，这样的设计可以有效地抵御手机周边的环境噪声干扰，大大提高正常通话的清晰度。

2 芯片选择
市场上的应用双麦降噪技术的芯片有很多，本文介绍安森美半导体公司推出的基于数字电路降噪技术的高性能语音捕获系统级芯片(SoC)BelaSigna R261。

该芯片就是采用双麦降噪技术设计的，能够提供优异的噪声消减效果，采用5.3mm2 WLCSP封装(包括26球和30球两种版本)，占用的电路板空间很小，如图二所示。

此外，该芯片能耗极低，在使用3.3V电压时的电流消耗仅为15mA。

(见图2)
BelaSigna R261内部集成了数字信号处理器(DSP)、稳压器、锁相环(PLL)、电平转换器及ROM存储器。

其内部结构如图3所示。

BelaSigna R261采用了双麦克风实时自适应噪声消减算法，针对不同的应用环境和设备，可以提供两种基本模式：远离拾音模式（算法模式0）和近距离拾音模式（算法模式1）。

算法模式0针对远距离拾音而优化，可以拾取达6米远的语音，同时抑制噪声，并支持360度全方位拾音。

在这种模式下，即使没有对准麦克风讲话，甚至是远离麦克风，都能得到极佳的语音清晰度。

算法模式1针对近距离拾音而优化，这时嘴巴离麦克风极近（距离小于5厘米），同样可以有效抑制各种环境噪声。

3 具体应用
BelaSigna R261是完整的系统级芯片解决方案，他能为便携式电脑、平板电脑、手机和其它手提音频设备提供双麦克风的降低噪音、提高语音清晰度整套方案，并且和各种CODEC、基带芯片和麦克风兼容，不需要校准。

如图四所示即是其一种典型应用的设计框图。

另外，由于BelaSigna R261同时支持数字及模拟信号处理，在设计电路时要注意：一是数字信号要远离模拟信号走线；二是输入线路与输出线路尽量隔离；三是模拟地和数字地应当通过单个点(即星形连接点)连接在一起，并且连接点应当位于电源稳压器输出端电容的接地端。

（见图4）
参考文献
[1] 通话不再靠吼!一漫谈手机话音增强技术[J].电脑报,2013(16).
[2] 朱琦.单麦克风和双麦克风语音增强系统的研究[M].电讯技术,1996-06.
[3] doIphin：R261降噪音频应用电路，/diagram/circuit/cid/30/cirid/42923.。