Нужен алгоритм подавления локального источника звука

[xvr 0]

Господа, есть такая задача:

На расстоянии 10 см друг от друга установлены динамик и микрофон (диаграммы направленности обоих перпендикулярны линии, их соединяющей и направленны в одну сторону)

Требуется в сигнале с микрофона подавить сигнал динамика (по сути это устройство громкой связи). Сигнал на динамике известен.

Пытался что нибудь по этому поводу найти в Интернете, но не могу сформулировать запрос - это не local feedback cancellation, ни noice cancellation. Не подскажете, как это хоть называется? А если сразу в алгоритм ткнёте, совсем хорошо будет.

Возможно Адаптивный фильтр поможет?

Ещё момент - всё это крутится будет на на DSP, а на ESP32, так что алгоритм желательно попроще.

И ещё момент - можно поставить ещё один микрофон (между динамиком и исходным микрофоном), если это кардинально поможет выделить полезный сигнал.

 

[варп 0]

1 час назад, xvr сказал:

но не могу сформулировать запрос

Может вести поиск в направлении дуплексной связи? В громкоговорящей связи эти проблемы решают уже лет сто...

https://www.multicom.ru/ats-likbez/tipy-svyazi/

[_4afc_ 0]

1 hour ago, xvr said:

На расстоянии 10 см друг от друга установлены динамик и микрофон (диаграммы направленности обоих перпендикулярны линии, их соединяющей и направленны в одну сторону)

Требуется в сигнале с микрофона подавить сигнал динамика (по сути это устройство громкой связи). Сигнал на динамике известен.

Ещё момент - всё это крутится будет на на DSP, а на ESP32, так что алгоритм желательно попроще.

И ещё момент - можно поставить ещё один микрофон (между динамиком и исходным микрофоном), если это кардинально поможет выделить полезный сигнал.

Поставить 2 микрофона у рта говорящего. Один ближе на 1см ко рту, другой дальше от рта.

Передавать разницу между этими микрофонами, вычитать можно аналогово.

 

Количество динамиков вокруг и их сигнал - без разницы.

[x893 0]

echo cancellation

[варп 0]

1 час назад, _4afc_ сказал:

Поставить 2 микрофона у рта говорящего

Увы, мне кажется - всё не так просто... Чем акустический сигнал изо рта отличается от акустического сигнала из динамика? Фактически - ничем... Как микрофоны должны эти сигналы различать?

------------

Моя фантазия на тему - если в сигнал приходящий от абонента (сигнал динамика) подмешать какие-нибудь метки (пример - непрерывную несущую с частотой выше звукового диапазона слышимого человеком), то у системы управления и обработки сигналов  появится возможность физически отличать исходящий и приходящий сигналы. Пока скажем так - ну, может быть появится... :)

[_4afc_ 0]

23 minutes ago, варп said:

Увы, мне кажется - всё не так просто... Чем акустический сигнал изо рта отличается от акустического сигнала из динамика? Фактически - ничем... Как микрофоны должны эти сигналы различать?

 

Уровень акустического сигнала в ближней зоне затухает квадратично от расстояния, в дальней линейно.

Зона определяется длиной волны.

 

Для двух микрофонов расположенных рядом звук от рта будет приходить с разной громкостью, а от динамика с одинаковой.

[xvr 0]

2 hours ago, варп said:

В громкоговорящей связи эти проблемы решают уже лет сто...

https://www.multicom.ru/ats-likbez/tipy-svyazi/

Это да. Увы на сайте одна реклама :( (Не считая ликбеза по видам связи, что мало чем поможет). Но поищу ...

 

2 hours ago, _4afc_ said:

Один ближе на 1см ко рту, другой дальше от рта.

Такая геометрия увы невозможна - прибор (с динамиком и микрофоном) плоский и расположен параллельно говорящему, вынести микрофон некуда

1 hour ago, x893 said:

echo cancellation

Тоже не совсем то, тут эха нет. Тут независимые каналы. Но за наводку спасибо, поищу что нибудь в этом направлении тоже

31 minutes ago, варп said:

если в сигнал приходящий от абонента (сигнал динамика) подмешать какие-нибудь метки

Метки выделить можно, а вот с чем вместе они шли - вряд ли, этот сигнал ничем не будет отличаться от остальных.

 

 

Можно попробовать сделать компенсацию. Сигнал для динамика задержать, пропустить через фильтр (который будет обратным к АЧХ динамика + микрофона) и вычесть из микрофонного. Для настройки фильтра и задержки сделать специальный режим калибровки (это можно):

1. Откалибровать задержку - динамик воспроизводит пачки импульсов, микрофон принимает. Вычисляем задержку.
2. Настраиваем фильтр - динамик воспроизводит белый шум, крутим настройки фильтра, минимизируя энергию принятого сигнала (после фильтра)

Увы, это всё похоже довольно затратно по вычислениям и я не уверен, что будет работать

NB. В процессе работы можно динамически подстраивать задержку по изменению внешней температуры, что бы не проводить калибровку постоянно.

[варп 0]

1 час назад, xvr сказал:

Увы, это всё похоже довольно затратно по вычислениям и я не уверен, что будет работать

Тоже думаю, что у этой задачи нет простого решения. Но она очень актуальна, и её уже решали так или иначе... Решать её с нуля очень затратно и вряд ли целесообразно... - надо искать готовые решения...

-------------

Из личного опыта - очень давно - один большой начальник, разговаривая по громкой связи, сам говорил очень тихо, и постоянно жаловался, что его никто не слышит... Весь мозг нам вынес... :)

[blackfin 0]

5 hours ago, xvr said:

Возможно Адаптивный фильтр поможет?

Не совсем то, но возможно, пригодится: Adaptively Cancelling Server Fan Noise

[rkit 0]

 

6 hours ago, xvr said:

Требуется в сигнале с микрофона подавить сигнал динамика (по сути это устройство громкой связи). Сигнал на динамике известен.

Пытался что нибудь по этому поводу найти в Интернете, но не могу сформулировать запрос - это не local feedback cancellation, ни noice cancellation. Не подскажете, как это хоть называется? А если сразу в алгоритм ткнёте, совсем хорошо будет.

Эээм, вычитание? Ничего больше тут не надо.

[enclis_ 0]

5 hours ago, xvr said:

Тоже не совсем то, тут эха нет.

Если эха нет, то тогда просто вычитание.

[xvr 0]

Я нашёл как это называется: AEC - Acoustic Echo Cancellation (или AES - Acoustic Echo Suppression) Делается на основе Адаптивного фильтра. Ещё к AEC в обязательном порядке прилагается DTD - Double Talk Detection (что бы система на пошла в разнос когда одновременно говорят с 2х сторон).

Нашёл несколько статей (в том числе с полным листингом алгоритмов в Матлабе).

Есть реализации для DSP. В частности для AD SigmaDSP (но они хотят денег за лицензию, причём не просто денег, а отчислений за каждое устройство, где они используются) - https://wiki.analog.com/resources/tools-software/sigmastudio/toolbox/adialgorithms/aec

Кстати, здесь была приведена глубина FIR фильтра - 640 (в другой статье - около 1000). Боюсь, что ESP32 на одном таком фильтре загнётся :(

 

Есть готовый чип для звуковой обработки (от XMOS) - XVF3100 (VocalFusion серия), но он один стоит денег (около 1000р на али). И корпус у него не очень подходящий для ручной пайки :(((

https://www.xmos.ai/vocalfusion-voice-interfaces/#3510

 

Есть нечто у китайцев на основе WS9623 (с разными суффиксам). Готовая BT гарнитура с AEC и прочим. Готовая плата с ним + усилитель + 2 микрофона на Али стоит около 400р, что очень привлекательно, но интерфейс только BT :(

 

Есть готовая плата AEC (на том же ali) за 1500р, но у неё аналоговый микрофон (хотел применить I2S) и непонятная м/сх (наименование стёрто, в сопроводительном тесте названа digitalDSPEcho процессором) - https://www.aliexpress.com/item/4000749444769.html?spm=a2g0s.8937460.0.0.18b02e0eKdke2X Документация отсутствует (в лучших традициях)

 

Копаю дальше

Acoustic Echo Cancellation.pdf

Acoustic Echo Cancellation and Doubletalk Detection Using Estimated Loudspeaker Impulse Responses.pdf

Acoustic Feedback Cancellation For Public Address Systems.pdf

[petrov 0]

xvr

Кстати, здесь была приведена глубина FIR фильтра - 640 (в другой статье - около 1000). Боюсь, что ESP32 на одном таком фильтре загнётся :(

Длинные адаптивные фильтры не делают в лоб в виде обычного FIR фильтра. Например в частотной области настраивают, банк полосовых фильтров реализуется с помощью быстрых алгоритмов полифазной фильтрации и БПФ, экономия в вычисления достигается за счёт децимации(блочной обработки с перекрытием), плюс сам адаптивный фильтр настраивается быстрее за счёт ортогональности полосовых фильтров. 

[xvr 0]

On 8/8/2021 at 2:33 PM, petrov said:

Длинные адаптивные фильтры не делают в лоб в виде обычного FIR фильтра.

Очень надеюсь. Нашёл в ESP32 реализацию AEC и прочей обработки (сорцов нет, одни *.a). Попробую, что получится

 

[2expres 0]

On 8/7/2021 at 9:24 AM, xvr said:

Требуется в сигнале с микрофона подавить сигнал динамика (по сути это устройство громкой связи).

Много лет назад произведено миллионы телефонных аппаратов  с громкой связью на MC34118 (ЭКР1436ХА2). В корпусе  ТА стоит динамик и микрофон практически рядом. Эта микросхема работает не с сигналами, а с уровнями сигналов, что значительно упростит цифровую обработку. Можно быстро спаять макет с этой микросхемой, проверить подходит ли такой алгоритм по качеству, а затем реализовать на процессоре то, что выполняет данная микросхема. Проверять необходимо с разными микрофонами и динамиками. Микрофоны как правило имеют разброс по чувствительности до двух раз в одной партии и неравномерную частотную характеристику. В динамиках разброс меньше, но тоже есть.