隨著真無線藍牙(TWS)耳機的興起,也帶動了主動降噪(ANC)耳機的再次發展。而由於ANC晶片技術的推出,ANC耳機不再是只有少數廠商能做的產品,據調研機構統計數據顯示,2029年ANC耳機將達到 34.42億美元市場規模。

Active Noise Cancellation Headphones Market Size & Share Analysis

Active Noise Cancellation Headphones Market Size & Share Analysis – Industry Research Report – Growth Trends (mordorintelligence.com)

然而,ANC性能的真實性,需持保留態度。傳統上是透過White/Pink Noise,以及聲學人偶中的麥克風來評估ANC耳機的降噪性能,但這方式最明顯的缺點是:White/Pink Noise是平穩噪音,無法代表瞬息萬變的真實世界噪音。因此比較好的評估方法是透過「聲場重建」的方式來進行。


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在現實生活中,ANC耳機不是單純用來降噪,消費者對它有更高的期待--提升通話時的語音聆聽品質。為了達成這個目標,百佳泰投入鉅資購置了專業Head Acoustic 3QUEST語音品質評估系統。3QUEST(三元品質評估系統)與另一語音信號評估工具POLQA最大的不同在於,它是特別針對存在背景噪音條件下,進行語音品質評估的工具。

瞭解3QUEST技術

3QUEST依據的標準規範如圖所示

瞭解3QUEST技術

 

在通訊領域,語音品質一直是評估通話效能的關鍵指標,而通話場景大致可分為安靜環境和有背景噪音的環境。3QUEST是一個專為背景噪音環境所設計的測試方法,基於ETSI(歐洲電信標準化協會)的標準EG 202 396-3來評估存在背景噪音時的語音品質。

傳統上,語音品質的評估依賴主觀聽力測試,透過多人聆聽並對語音給予評分來計算平均意見得分(MOS)。ITU-T P.800標準化了這種主觀評測方法,然而,主觀測試方法耗時且成本高昂,難以廣泛應用於工業領域,因此客觀測試方法成為了迫切的需求。

在此背景下,諸如PSQM、PESQ、TOSQA和POLQA等客觀測試方法相繼出現。

  • PSQM(ITU-T P.861):一種侵入式演算法,主要用於評估300Hz-3400Hz的窄頻語音品質。
  • PESQ(ITU-T P.862):綜合了PSQM和PAMS的優點,並在時間對齊方面進行了最佳化,能夠評估窄頻和寬頻語音
  • POLQA(ITU-T P.863):在PESQ的基礎上增加了對新型語音編碼技術和更寬訊號頻寬的支援。

針對噪音環境下的語音品質評估,ETSI EG 202 396-3標準定義了客觀測試方法。此方法透過比較原始語音(Clean Speech Signal)、加上背景雜訊未經處理的訊號(Unprocessed Signal)和經過裝置處理後的訊號(Processed Signal),來計算與雜訊處理能力相關的N-MOS分數,以及與語音品質相關的S-MOS分數,並由這兩者透過二次線性迴歸運算得出綜合的G-MOS評分。3QUEST測試主要就是依據ETSI標準進行!

3QUEST測試方法的特點是透過定量的客觀參數來評估設備在噪音環境下處理語音的能力。N-MOS(噪音品質意見分數)、S-MOS(語音品質意見分數)和G-MOS(整體品質意見分數)是此方法的核心評分指標。這些指標不僅能反映設備在噪音環境中處理語音的效果,還能評估設備在保留語音清晰度方面的表現。

3QUEST藉由相對演算法比較處理前後的訊號變化,客觀地衡量背景噪音處理技術的有效性。不僅對開發和測試高性能ANC耳機至關重要,也適用於各種通訊系統和終端的評估,包括汽車內建通訊系統、智慧型手機和會議通訊設備等。

實際應用與案例研究

本文分享實驗,安排了以下四款ANC耳機:

四款ANC耳機實際應用與案例研究

 

測試地點是專為聲學量測而建立的聆聽室,該聆聽室底噪達到19dBA以下。首先我們安排在沒有噪音播放的條件下進行,以取得比較基準。其3QUEST的量測結果如下:

3QUEST的量測結果

 

由於沒有播放背景噪音 (Back Ground Noise,BGN) 的關係,因此不管有沒有啟動ANC,N-MOS分數都偏高。但Model C的S-MOS分數就比其他款式低,也因此使得它的G-MOS較其他耳機低。這表示C耳機所播放出的語音,在人耳的聽感上會稍差一些。

有了以上「未播放背景噪音」條件下的基礎數據,接著就可以再進行「噪音播放」條件下的3QUEST量測。以下是量測數據:

進行「噪音播放」條件下的3QUEST量測

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結果與討論

單就降噪量效果來說,Model A和Model B耳機同屬罩耳式耳機,定價也比較高, 正如預期,它們的N-MOS分數高,正代表它們的降噪性能比另兩款入耳式耳機來得好。

而Model D的N-MOS分數比其他機種都低,這也表示它的降噪性能較差,雖然它的S-MOS分數是最高的,但其降噪分數N-MOS卻把它的總體分數G-MOS拉低了下來,使得它的綜合分數與Model C相去不遠。如果Model D的降噪性能再提升,那麼它的G-MOS分數也將會得到相應的提升。綜觀結果,整體G-MOS效果最好的是Model B,而它也是這四款耳機中最貴的一款。

從上述的研究數據中可得知,好的產品設計必須考量到使用者的應用情境,而耳機產品更是需要考量在不同環境噪音下的降噪效能表現,避免產生客訴問題!透過ETSI標準的3QUEST評估工具,再搭配百佳泰的環境噪音聲場還原服務,廠商們就能在產品設計和測試階段,識別出潛在的音訊效能問題,並依據數據結果改進產品,從而在市場上提供具有高度競爭力的產品。

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