一、概念厘清:两种截然不同的拾音哲学
VACC,即语音活动控制拾取(Voice Activity Controlled Capture),是一种以气导MEMS麦克风阵列为基础,由语音活动检测深度介入的算法框架。它并不是简单的多麦波束成形,而是让VAD的状态机直接控制拾音通道的增益、降噪深度甚至编解码策略。当检测到有效语音时,波束主瓣精确指向说话者,宽频带高保真拾音;当判定为静默段时,通道增益大幅衰减,同时注入频谱匹配的舒适噪声,避免“数字静音”带来的通话中断感。
VPU,即语音拾取单元(Voice Pick Up),是一种惯性传感器,通常是高灵敏度加速度计或骨传导传感器,通过贴合皮肤或软骨拾取声带振动。它从根本上绕开了空气介质,不响应环境中的声压波动,因此物理层面就隔绝了风噪、街噪等气传干扰。
可以这样理解:VACC让麦克风“智能地听空气的声音”,而VPU则“直接感受人体的振动”。
二、声学特性差异:频响、失真与噪声基底
从声学工程师的视角,两种方案的信号特性差异巨大,直接影响后续的调音和信号处理策略。
带宽与自然度
气导麦克风阵列的频响可轻松覆盖100Hz~16kHz乃至更宽,能够完整还原语音的基频、谐波以及摩擦音、爆破音所需的高频细节。因此VACC在语音自然度和可懂度上有先天优势,听感明亮、细腻。
VPU的机械耦合则呈现低频衰减和高频滚降,通常在200Hz以下及4kHz以上响应急剧减弱。这导致单独使用VPU时,声音沉闷、缺少“空气感”,擦音/s/、/f/等辅音清晰度严重不足。必须在后端借助频带扩展(BWE)算法或与气导麦克风融合来补救。
失真与动态
VACC依赖麦克风线性度,在合理声压级内总谐波失真极低。但当面对强风噪或冲击声时,气流传导会导致麦克风膜片饱和,出现显著非线性削波。
VPU拾取的是组织传导的机械振动,非线性主要来自传感器与皮肤的耦合程度、挤压共振等,其动态范围受限且个体佩戴差异大。但它在高声压级气导噪声下几乎不发生削波,因为那是空气的扰动,不会被加速度计直接感知。
环境噪声抑制本质
VACC的信噪比提升依赖波束空间滤波和时频域降噪算法,其性能上限受限于阵列孔径、麦克风匹配以及低信噪比下VAD的判决准确度。在稳态噪声中表现良好,但在非平稳多人干扰或强混响下,VAD的频繁误判会引入语音头尾切除或噪声泄漏。
VPU的噪声抑制源于物理隔离。说话者自己的声音通过骨传导路径直接到达传感器,而环境声因缺乏固体传导路径被天然抑制。因此即使在100dBA的超高背景噪声下,VPU仍能提供极高信噪比的低频基频信息,对风噪有绝对的免疫力。
三、蓝牙方案集成要点:信号链与算力分配
在蓝牙SoC平台上做方案开发,VACC和VPU对硬件接口、算力开销和延迟控制的要求截然不同。
信号链与接口
VACC最少需要双麦(单麦也能结合VAD做简易控制),通过PDM或I2S接入编解码器。信号链为:MEMS麦克风→PDM抽取滤波器→VAD前处理→波束成形→多帧VAD判决→降噪/ANC透明模式切换→编码→蓝牙HFP上行。
VPU传感器通常输出模拟信号或PDM数字信号,需要专门的模拟前端或电荷放大器,再经高精度ADC采样。若采用数字骨导加速度计,可直接通过标准PDM接口接入蓝牙芯片。信号链为:加速度计→PDM抽取→骨导通带均衡→频带扩展(可选)→与单麦气导信号的VAD结果融合→上行降噪混合→编码。
算力与延迟
VACC将VAD深度嵌入降噪流程,波束成形和频域降噪会消耗大量MIPS和内存。为了快速响应,VAD的启动时间通常控制在几个毫秒,但为防止尾音被切断,需设置数十至上百毫秒的释放保持时间,这会在噪声衰减与语音完整性之间折衷,并引入额外的上行延迟。整套链路从声学到HFP包通常延迟在10~30ms量级。
VPU处理链相对较轻,核心在均衡和与气导的融合。但VPU的群延迟主要来源于加速度计本身和抽取滤波器,通常较低。难点在于气导通道的VAD必须足够鲁棒,才能准确判断何时将输出从气导切换到VPU或按比例融合——因为VPU在静音段仍然输出振动伪迹,需要气导VAD来做语音存在判决,这在一定程度上又把VAD性能拉了回来。
功耗与摆件
VACC多用麦克风,不增加传感器,结构紧凑。VPU需要额外器件,增加BOM和机构贴合设计,对佩戴压力敏感。在真无线方案中,若左右耳各设VPU,还需权衡左右声道骨导信号的差异,通过蓝牙链路同步或仅在主侧处理。
四、从独立到融合:实际落地形态
当前高端方案往往不将两者视为对立,而是基于VAD的融合。一个典型架构是:VPU提供强噪声下的基频与谐波骨架,气导麦克风在高频部分补充辅音,VACC中的VAD则作为融合权重发生器。在安静或低噪环境下,VAD指示输出纯气导信号以保证自然音质;当环境噪声级超过阈值且VPU振动能量确认语音存在时,迅速将中低频切换到VPU信号,并与气导高频拼接。这样的设计既利用了VPU的物理抗噪特性,又弥补了其带宽缺陷,而VACC中的控制逻辑则实现了无缝过渡。
五、结语
VACC与VPU并非同一维度的直接替代,而是一个在信号处理深度、声学物理和终端集成复杂度上的权衡。VACC发挥了对气导阵列的极致算法控制,追求宽频自然度;VPU则用物理换能方式取得了噪声鲁棒性优势,却要面对频带补偿的挑战。作为方案开发者,需要根据产品的目标噪声场景、ID设计空间和芯片算力,选择纯算法路径、纯传感器路径,或二者的融合体。理解这两者的核心区别,是设计出具备竞争力通话体验的关键一步。