市面上有降噪耳機,跟助聽器的降噪功能一樣嗎?

知道你有沒有發現,這幾年耳機除了少掉連接線的羈絆,變成無線耳機之外,還多了一項新功能,可以「降噪」或是「抗噪」(圖一)?不管是聽力專業人員、助聽器使用者或是聽損孩子的家長,只要對助聽器稍有涉略的人應該都聽過助聽器有「降噪」的功能。耳機和助聽器的降噪是同一件事嗎?

圖一 現在的耳機除了有缺「線」,變成無線耳機外,還多了降噪功能。
圖一 現在的耳機除了有缺「線」,變成無線耳機外,還多了降噪功能。

音的定義之一就是不想要的聲音(跟悅耳與否不一定相關),它會遮蓋掉想聽的聲音,使得聽者聽不清楚或是聽錯。不管是聽力正常或是有聽力損失的人,都可能受到噪音的干擾而產生聽的困難,只是聽損者被干擾的程度更嚴重。我們再用『訊噪比』來進一步解釋:訊噪比指的是想要聽的聲音(訊號)和不想要的聲音(噪音)之間的音量差值;在同樣訊噪比的環境下,聽損者產生的聆聽困難會比正常聽力的人還要嚴重。既然噪音對所有的人都會帶來困擾,就不難理解助聽輔具和耳機為什麼要處理噪音了。降噪可改善訊噪比(提高訊號音量也可改善訊噪比),而且有很多種做法,在這裡我們就聚焦於數位訊號處理技術的降噪方式。

我們先來簡單了解耳機的降噪。我們平常戴耳機聽音樂、看影片、講電話…等,想聽的訊號是從3C設備透過耳機傳送的聲音,想隔離的噪音是耳機外的環境音,所以訊號和噪音的來源和位置不同,而耳機要消除的噪音就是耳機外的環境音。現在耳機主要使用的降噪技術是噪音消減(noise cancellation),耳機上裝置有一麥克風接收環境噪音,經過分析後製造出一個與噪音相同但是完全相反的聲波訊號來與噪音相互抵消,噪音因此減小,達到降噪效果(圖二)。

圖二 耳機的降噪原理。耳機的麥克風接收噪音後(藍色曲線),利用數位訊號處理技術製造一反向的聲波訊號(紅色曲線)來與噪音抵消(黑色曲線),進而達到降噪效果。
圖二 耳機的降噪原理。耳機的麥克風接收噪音後(藍色曲線),利用數位訊號處理技術製造一反向的聲波訊號(紅色曲線)來與噪音抵消(黑色曲線),進而達到降噪效果。

聽器面對的降噪問題與耳機不同,因為噪音與訊號都是來自同一個地方:週遭環境,所以訊號和噪音可說是「融合」在一起的。前面講過,聽損者受噪音影響的程度比聽力正常者來得嚴重,所以助聽輔具如果能夠有效減少噪音,對使用者的聆聽會有很大的幫助。

遠距麥克風和方向性麥克風都是用來降噪的設計,但助聽輔具所謂的數位降噪功能(digital noise reduction)專指的是以調變為基礎的降噪演算法(modulation-based noise reduction algorithms)。這類演算法的基本運作概念是:聲音會依據其調變特徵(聲音連續出現過程中的變化情形,可參考圖三的說話聲和風扇聲範例)被歸類為語音或非語音(我們暫時統稱為噪音),每個頻道中的聲音組成成份會被獨立檢視,不含語音或是訊噪比差的頻道,增益量會被減少(如圖四的頻道1、4),而只含語音或是訊噪比高的頻道,增益量維持不變(如圖四的頻道2、3)。

值得注意的是,每一款的助聽輔具所表現出來的數位降噪能力都可能不同,那是因為製造商採用不同的策略,包括對聲音的偵測與分析方式、決定啟動降噪功能的標準,以及啟動功能的時間快慢和長短等等。另外,相關的實證研究結果顯示,數位降噪功能並未能改善語音辨識正確率;不過,配戴者多認為可增加配戴的舒適度(尤其是在高噪音環境中),在長時間的噪音環境中可增加工作記憶,也偏好開啟此功能。

圖三 聲音的調變(以黑線標示)。上圖的紅色聲波是說話聲,聲帶開合造成聲音有明顯的「調變」;下圖的藍色聲波是風扇聲,其連續的馬達運轉聲造成的調變程度不多。
圖三 聲音的調變(以黑線標示)。上圖的紅色聲波是說話聲,聲帶開合造成聲音有明顯的「調變」;下圖的藍色聲波是風扇聲,其連續的馬達運轉聲造成的調變程度不多。
圖四 以調變為基礎的降噪演算法基本運作。只含噪音或訊噪比差的頻道增益量會被減少,如頻道1和4;只含語音或訊噪比佳的頻道增益量則維持不變,如頻道2和3。
圖四 以調變為基礎的降噪演算法基本運作。只含噪音或訊噪比差的頻道增益量會被減少,如頻道1和4;只含語音或訊噪比佳的頻道增益量則維持不變,如頻道2和3。

經過本文的簡單介紹,你了解耳機和助聽器的降噪功能有什麼不同了嗎?

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