摘要：針對(duì)免提全雙工通話設(shè)備在高音量、近間距、復(fù)雜噪聲環(huán)境下存在的回聲干擾、語音失真、拾音距離不足等問題，本文介紹一款基于 AI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)級(jí)語音處理模組 A-59。該模組集成回聲消除（AEC）、環(huán)境噪聲抑制（ENC）、波束成形（BF）與自動(dòng)增益控制（AGC）功能，可在嚴(yán)苛聲學(xué)條件下實(shí)現(xiàn)高保真語音拾取與傳輸。通過數(shù)十萬種場(chǎng)景噪聲模型訓(xùn)練，模組具備自適應(yīng)噪聲抑制能力，可有效處理穩(wěn)態(tài)噪聲、瞬態(tài)噪聲與風(fēng)噪等傳統(tǒng)算法難以抑制的干擾。實(shí)測(cè)表明，模組回聲消除指標(biāo)達(dá) 100 dB，最大降噪量 45 dB，拾音范圍覆蓋 50–500 cm，工作溫度區(qū)間 - 40 ℃~85 ℃，滿足工業(yè)級(jí)穩(wěn)定運(yùn)行要求。模組支持模擬 / 數(shù)字雙音頻接口與 PDM 麥克風(fēng)輸入，可兼容多款前代模塊，適用于門禁對(duì)講、車載通信、會(huì)議系統(tǒng)、安防監(jiān)控等多領(lǐng)域全雙工語音交互設(shè)備。

關(guān)鍵詞：AI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；回聲消除；噪聲抑制；遠(yuǎn)場(chǎng)拾音；全雙工通話；工業(yè)級(jí)語音模組

一、引言

在免提通話、語音交互與遠(yuǎn)程對(duì)講系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器回授產(chǎn)生的聲學(xué)回聲、環(huán)境背景噪聲與風(fēng)噪、瞬態(tài)沖擊噪聲會(huì)顯著降低語音清晰度與識(shí)別準(zhǔn)確率，尤其在高音量、麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器間距較小的結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)模擬濾波與固定系數(shù)數(shù)字信號(hào)處理難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的全雙工體驗(yàn)。隨著智能家居、車載電子、安防對(duì)講與工業(yè)通信的普及，對(duì)語音前端處理模塊提出高回聲抑制、強(qiáng)降噪、遠(yuǎn)場(chǎng)拾音、寬溫穩(wěn)定、易集成的綜合需求。

A-59 模組采用 AI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)算法，突破傳統(tǒng)單 / 雙麥降噪架構(gòu)局限，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)人聲與噪聲的精準(zhǔn)分離，同時(shí)優(yōu)化大音量下的回聲路徑估計(jì)與抑制，在緊湊結(jié)構(gòu)與極端聲學(xué)場(chǎng)景下保持全雙工通話流暢性，為各類語音終端提供標(biāo)準(zhǔn)化、高性能的前端處理方案。

二、模組核心功能與技術(shù)特性

2.1 全雙工回聲消除（AEC）

模組采用自適應(yīng)回聲抵消與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后濾波聯(lián)合架構(gòu)，可實(shí)時(shí)跟蹤并抑制揚(yáng)聲器回授信號(hào)：

• 在揚(yáng)聲器輸出聲壓級(jí)約 95 dB 條件下，麥克風(fēng)距揚(yáng)聲器 1 cm 可完全消除回聲；
• 結(jié)構(gòu)合理時(shí)，揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)間距＜6 cm、音量＞100 dB 仍可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)回聲抑制；
• 回聲消除指標(biāo)達(dá) 100 dB，支持最大 100 ms 空間延遲回聲消除，保障全雙工實(shí)時(shí)性。

2.2 AI 自適應(yīng)噪聲抑制（ENC）

基于大規(guī)模日常場(chǎng)景噪聲數(shù)據(jù)集訓(xùn)練，模組具備非監(jiān)督噪聲分類與抑制能力：

• 有效降噪量可達(dá) 45 dB，可處理空調(diào)、風(fēng)扇等穩(wěn)態(tài)噪聲；
• 可抑制桌椅碰撞、敲擊、裝修沖擊等瞬態(tài)噪聲，算法無延遲響應(yīng)；
• 支持戶外風(fēng)噪與振膜震動(dòng)抑制，適用于車載、戶外對(duì)講等強(qiáng)風(fēng)擾場(chǎng)景。

2.3 波束成形與遠(yuǎn)場(chǎng)拾音（BF+AGC）

通過多麥陣列與自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)定向拾取與遠(yuǎn)距離收音：

• 支持定向拾音（BF），提升目標(biāo)方向語音能量，抑制側(cè)向干擾；
• 開啟遠(yuǎn)場(chǎng)模式后，標(biāo)準(zhǔn) - 42 dB 麥克風(fēng)拾音范圍達(dá) 50–500 cm；
• AGC 自動(dòng)調(diào)整增益，確保近講與遠(yuǎn)講語音幅度穩(wěn)定，避免削波與底噪抬高。

2.4 接口與硬件特性

• 支持模擬 LINE IN/LINE OUT 與 I2S 數(shù)字音頻并行輸出，兼容 PDM 數(shù)字麥克風(fēng)與經(jīng) ADC 轉(zhuǎn)換的模擬麥克風(fēng)；
• 供電電壓 4–6.5 V，典型工作電流 28–30 mA，低功耗適配電池與嵌入式系統(tǒng)；
• 模擬輸出信噪比 SNR≥91 dB，線性度與抗干擾能力滿足工業(yè)音頻指標(biāo)；
• 尺寸 37.5 mm×16 mm，半孔焊盤設(shè)計(jì)，可直接貼片或通過轉(zhuǎn)接板集成，兼容替換 A-29/A-09/A-06 等型號(hào)；
• 工作溫度 - 40 ℃~85 ℃，相對(duì)濕度＜90%，滿足車載、工業(yè)、戶外等惡劣環(huán)境長期運(yùn)行。

三、電氣與聲學(xué)性能指標(biāo)

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景

A-59 模組以高集成、強(qiáng)魯棒性與寬適配性，可廣泛部署于需要全雙工清晰通話與高可靠語音交互的場(chǎng)景：

1. 樓宇與安防對(duì)講：小區(qū)門禁、別墅對(duì)講、監(jiān)獄 / 醫(yī)院呼叫系統(tǒng)、電梯對(duì)講、安防監(jiān)控拾音；
2. 車載與移動(dòng)終端：車載藍(lán)牙通話、車載語音識(shí)別、摩托車騎行對(duì)講、戶外移動(dòng)終端；
3. 會(huì)議與教育系統(tǒng)：遠(yuǎn)程會(huì)議、多媒體教學(xué)、客服中心通話、面對(duì)面獨(dú)立拾音；
4. 工業(yè)與公共終端：礦井報(bào)警、停車場(chǎng)對(duì)講、自助服務(wù)機(jī)、廣播監(jiān)聽系統(tǒng)；
5. 智能交互設(shè)備：虛擬人偶對(duì)話、語音識(shí)別控制、智能家居免提交互。

五、結(jié)論與展望

A-59 工業(yè)級(jí) AI 語音處理模組將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降噪與自適應(yīng)回聲消除技術(shù)深度融合，在高音量、近間距、強(qiáng)噪聲等極端聲學(xué)條件下仍可保持清晰人聲與流暢全雙工體驗(yàn)，同時(shí)具備寬溫、低功耗、小體積、多接口等工程化優(yōu)勢(shì)。該模組可顯著提升語音識(shí)別率與通話質(zhì)量，降低整機(jī)聲學(xué)開發(fā)難度，縮短產(chǎn)品落地周期。

未來可進(jìn)一步面向多麥陣列、更遠(yuǎn)距離拾音、低時(shí)延 AI 推理等方向優(yōu)化，滿足車載座艙、智能機(jī)器人、元宇宙交互等更高階語音場(chǎng)景需求。