引言

透傳/通透模式是TWS耳機除ANC和ENC以外的重要功能，做的好的聲透傳，佩戴耳機如若無物，耳機殼體在聲傳播中仿佛透明，可以給用戶帶來豐悅的感受。

近日，臺灣桃園市的中原大學電子工程系的Chong-Rui Huang, Cheng-Yuan Chang和Sen M. Kuo[1]提出主動透傳均衡算法，實時預估鼓膜處真環境聲與偽環境聲的殘差，使用FxLMS算法實時調整透傳器（選用FIR濾波器）的參數，對比基線算法[2]與商業耳機（看論文原圖7，推測應是AirPods Pro一代）取得抑制低頻干擾與壓制高頻環境聲反抬的收益。

如21dB前文《ANC耳機系列之通透模式》，在理論上，透傳器傳函公式是環境聲來波方向俯仰角和水平角的函數，因此若僅設置一系數固定的透傳器（無論是FIR還是IIR），則易產生較大誤差，難以取得最佳效果。

該研究有以下幾點技巧值得介紹

一、時移離線估計

真環境聲需要通過佩戴耳機時耳機參考麥拾取的外界環境聲x(n)推算而來，首先兩者差了一個時延，且此時延與環境聲來波方向有關，其次為佩戴耳機時鼓膜處拾取的真環境聲與佩戴耳機時外界環境聲x(n)有頻譜染色關系，也即差了一個傳函，文中對應T(z)。

該研究在各角度下測量
（1）人工頭不佩戴耳機時，聲源在鼓膜處的真實環境聲d(n);
（2）人工頭佩戴耳機時，耳機外側前饋麥拾取的外界環境聲參考信號x(n).

求解延遲，使真實環境聲d(n)與外界參考環境聲x(n)在各方向下的相關函數均值最大，再利用此延遲，配合LMS算法估計外界環境聲x(n)變為鼓膜處“真環境聲”的傳函T(z)的時域脈沖形式t(n)，x(n)卷積t(n)的  即是對鼓膜處真環境聲的估計。

二、塑形濾波器

耳機被動降噪曲線代表耳機殼體對外界環境聲的衰減作用，不同耳機形體不一，同一耳機在不同佩戴狀況下也不一。由下圖可見，聲衰減大約從300 Hz開始，滾降至3 kHz最為嚴重。

圖表1 被動聲衰減量（原論文圖5）

該研究據此設計了塑形濾波器（Shaping filter），留待與  卷積得  。其幅頻響應曲線如下圖，其意義在于保留對1~3kHz估計的真與偽環境聲誤差的關注（增益為0dB），弱化低頻及高頻真偽環境聲誤差的影響，從這個意義上說，此塑形濾波器在理念上與FxFeLMS算法中對誤差信號再做濾波有一定相通之處。

圖表2 塑形濾波器幅頻曲線（原論文圖9）

三、主動透傳均衡算法

圖表3算法框圖（原論文圖6）

圖中  再彌補次級通道時延，即是耳機外側參考麥拾取的外界環境聲x(n)推算而來的“真”環境聲，x(n)卷積透傳器參數  ，再經過次級通道的物理聲傳播過程，到達鼓膜處即是補償聲。根據算法框圖結構，透傳器參數  以FxLMS算法調節。

四、效果

如下圖所示，所提方法通過塑形濾波器取得了同時壓制低頻干擾和抑制高頻各方向環境聲來波的聲反抬，由于基線方法和AirPods一代。

仔細看圖，AirPods Pro一代的透傳誤差可高達10kHz左右依舊保持在很低的水平，反觀所提方法僅能保持至4kHz。針對該點，該研究解釋說AirPods Pro保持至10kHz無必要，且會引發高頻環境聲反抬（通俗的說就是補償過頭了），對此我持保留態度，延展至10kHz是否有必要、高頻環境聲補償過頭是否會產生負向的不愉悅感，應當通過多人的主觀實驗來得出結論，此論斷有些牽強。

圖表 4 (a)所提方法真、偽環境聲殘差(b)基線方法殘差(c)AirPods Pro一代殘差（原文圖14）

參考文獻：

[1]Huang, Chong-Rui, Cheng-Yuan Chang, and Sen M. Kuo. “Time-Shift Modeling-Based Hear-Through System for In-Ear Headphones.” IEEE Transactions on Consumer Electronics 2022，68(3): 273-280.
[2] Gupta, Rishabh, et al. “Acoustic transparency in hearables for augmented reality audio: Hear-through techniques review and challenges.” Audio Engineering Society Conference: 2020 AES International Conference on Audio for Virtual and Augmented Reality. Audio Engineering Society, 2020.