一、为什么关注耳机底噪？

自从Apple发布第一代AirPods后，TWS耳机一直处于高速发展的状态。大量的品牌纷纷推出了自己的TWS耳机，一时间百花齐放。而随着科技发展，TWS耳机的技术也日渐成熟，同时大量的品牌也给了用户足够的选择。这使得用户不再满足于简单的“听个响”，转而追求更多更好的聆听体验，对于性能的要求越来越高。市场上品牌TWS耳机的竞争日益激烈，随着耳机功能同质化，用户也已不再满足于续航和ANC等功能，电流音和ANC功能的底噪成为用户满意度之争的关键。底噪问题往往会极大地降低耳机的使用体验，如果不加以管控，很容易出现大量的退货及差评。对于希望走中高端路线的品牌来说，底噪问题会给品牌带来巨大的负面影响。

图1 耳机底噪问题带来的差评

说起底噪，其实任何耳机都存在底噪，这是无法完全避免的。但正如人耳的听力有极限，当底噪足够小的时候，人们是听不见底噪带来的问题的。因此底噪的管控，最重要的就是保证耳机最后的噪声要低于人耳听力的极限，做到听不见底噪，也就不会受到底噪问题的影响了。

 二、什么是耳机底噪？

01、底噪的定义

说了这么多底噪的问题，那么到底什么叫做耳机底噪？底噪全称是本底噪声，本底噪声指设备中我们不希望出现的噪声，例如电路产生的电底噪等。而耳机中的底噪，本质上也是电路底噪，只是这部分电路底噪通过喇叭转换成了声信号，因此可以被用户感知到。

02、TWS耳机底噪分类

底噪产生的原因多种多样，尽管都是电路底噪，但根本原因不同。而对于TWS耳机来说，往往有三种不同的底噪来源，这三种底噪即：电路底噪、ANC算法底噪、射频底噪混合的最终结果，才是用户所感知到的底噪。

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电路底噪

对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。很好理解，就是来自于电路元器件部分的底噪，耳机PCBA 板上的电容电感元器件在工作的时候，由于发热或电路部分相互干扰导致器件产生较高频的噪声。这部分噪声可能从耳机直接播放出来，也可能被ANC的降噪麦克风捕捉并转而从耳机中播放。当然不仅局限于TWS耳机，任何与电路有关的发声器件，都无法避免电路底噪。但是相对的，电路底噪问题往往比较轻微，绝大多数时候不会严重到可以被用户听见。但是元器件的质量存在瑕疵，个别瑕疵不会带来问题，当多个瑕疵器件凑巧出现在一副耳机上的时候，底噪就会被放大到可以被听到的地步。而这部分底噪问题是无法在设计和工艺上得到解决的。

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 ANC算法底噪

而针对ANC的TWS耳机，则存在了另一种可能。很多人都有了解，在2000Hz或更高频率，相当一部分ANC耳机的ANC功能已经无法降低噪声，反而会对高频的噪声提供一些增益。一些耳机的物料来料差异导致在2000Hz之后的增益会变得更大，外界高频的环境音被降噪Mic识别并加入一定增益从耳机再播放出来。这类耳机在打开ANC时会有高频噪声被听见，而低频的降噪却是符合要求的，传统的ANC性能测试无法捕捉此类问题。这类问题在设计端比较难以处理，但是如果针对性的调整和优化ANC的高频性能，是可以有效改善的。

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射频底噪

射频底噪经常也会有一个电流音的称呼。射频底噪来源于天线的射频信号，通过电池耦合到了电路中，带来的底噪问题。由于是射频相关，而蓝牙的射频频率大致固定，所以很容易捕捉其特征，同时在搜索模式等大功率使用场景下，底噪会变得更加明显，易于分辨。这类射频底噪往往都是800Hz或其谐波分量（如1600Hz，2400Hz）等，是具体因为蓝牙信道可能有细微的频率偏移，但是大体是集中分布的。

 三、如何检测耳机底噪

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硬件指标

     底噪是非常轻微的声音，是一个很小的信号，一般的设备往往不足以捕捉对应的信号。需要保证测试系统的底噪要远低于耳机底噪，才能够做到准确有效的检测和辨别底噪问题。

     作为声学测试设备，电路底噪往往都非常低，可以达到要求。那么硬件中最大的制约项就是仿真耳。传统的711人工耳，其底噪约为20dBA左右，即使经过挑选，也很达到18dBA以下。而人耳的灵敏度在中间频段（500～6kHz）非常优秀，超过普通711人工耳。这就会带来人听得见，设备听不见的尴尬状况。

图2 听阈曲线

传统711人工耳(紫)&人耳听力(黑)&低底噪人工耳(红)

     对此，则需要使用针对性的低底噪人工耳。如图所示，传统人工耳在中间频段无法与人耳对标，而低底噪人工耳则保证了人耳可听见的信号均可被仪器捕捉并分析。从硬性指标来说，在极限频率即3～4kHz，低底噪人工耳需要比传统人工耳至少低10dB以上。考虑到传统711一般在20dBA，则低底噪人工耳至少应当满足10dBA的底噪，才能作为底噪测试的硬件。

    为此，兆华电子研发并推出了针对低底噪测试环境的CRY717低底噪人工耳，其指标可以达到9dBA甚至更低，满足对应测试的需求。而在此之前，测试底噪主要依赖进口的低底噪人工耳，单套成本超过十万元，且供货周期很长，只能勉强在研发端进行使用，无法作为产线量产解决方案。

图3 CRY717低底噪人工耳与普通人工耳对比

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环境要求

     而针对底噪测试，硬件指标只是其中一部分。如果环境嘈杂，那么耳机底噪会被环境噪音完全掩盖，也无法被有效的检出。但是用户一旦在安静环境下使用，则会发现问题。所以为了底噪测试，必须配备合理的测试环境。

     针对研发端，我们可以选择消音房，达到足够良好的效果。但是耳机生产的产线不可能允许消音房的方案，只能够选择次一级的消音箱。但普通的消音箱对于声音的隔离度很有限，完全达不到底噪测试的需求，需要针对性做出改良，降低隔音箱的底噪，并提升隔离度。

    针对产线底噪测试的需求，兆华电子研究并改进了多款隔音箱体。由于物理定律，消音箱的尺寸无法满足低频的降噪效果。但通过材料与结构的设计变更，我们实现了底噪测试箱体的升级方案。其隔离度满足100～200Hz大于30dB，200～800Hz大于40dB，800Hz以上大于60dB。在外界噪音90dB的产线极端条件下，仍然可以实现有效的底噪测试。

图4 兆华电子底噪测试消音箱隔离度曲线

    通过搭配合适的箱体，可以实现在产线端提供有效的底噪测试环境，达到底噪问题的产线测试需求。

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算法处理

     正如之前一直提到的，硬件和环境往往都会成为制约底噪测试的条件。这其中最大的原因还是因为底噪信号弱，辨识度低。很多时候耳机底噪相比于最终的测试信号很不明显。尽管通过大量的良品不良品对比收集数据，仍然可以从视觉上看出一些信号上的区别，但往往很难通过框线等传统方式来进行区分。

     而此时，就需要软件上的算法，来放大这种区别，实现有效的信号分析与界定。兆华电子引入了多种全新底噪算法来分别针对不同特征的底噪问题。

     如图5的第一种底噪，是一种稳定间隔的信号，但是因为信号非常小，难以简单的从时域或是频域得到结论。通过时域分析看来，两种底噪几乎没有任何区别，难以界定。而通过专门的算法处理后，我们得到了完全不同的两种结果。

图5 稳定间隔的底噪波形与良品波形

图6 通过底噪算法处理后的底噪波形与良品波形

     从图6可以明显看出良品与不良品的区分。大大降低了分辨良品与不良品的难度，提升准确性与生产效率。

    除此之外，还有类似于底噪异常音的问题，从频域观察区别非常小，很难清除的界定良品与不良品。

    从图7-1虽然看得出杂音产品与良品的区别，但是区分度不高，很难定义一个稳定的框线来判定良品与不良品，且FFT结果不稳定，容易产生大量的重测率。

图7-1 杂音与良品的频域波形

图7-2 引入心理学模型后的杂音与良品波形

     为了解决此问题，兆华电子将ISO-532_1心理学模型引入算法，通过算法将频域信号转换为人耳是否可听的一个直观结果，波形如图7-2所示，能够很清晰地区分杂音和良品。 

    耳机的底噪问题，一直是烦扰用户及耳机品牌方的问题，目前来说蓝牙耳机底噪不能完全消除，只能降低和优化。对用户来说，弄清楚底噪从何而来，选择底噪优化更好的蓝牙耳机是能解决问题的方法；而从源头来讲，对耳机品牌方的生产线和研发端而言，底噪的问题不能进一步完善，不断的客诉差评和品质难以提升的同时，也会大大影响品牌形象和口碑。
    好了，由于关于底噪的知识点实在太多，本次文章只能分为上下两期来揭秘。在下期内容，我们将揭秘全套解决方案的真容以及典型客户实际测试的具体案例给大家，也欢迎小伙伴们在留言区积极交流探讨。