¶ ARCS-MINI 音频增益调试教程
⚠️ 重要提示：本教程适用于 ARCS-MINI 2.1 及以上版本，请确保您的设备已更新到最新版本。
¶ 目录
¶ 1. Audacity 安装
¶ 1.1 下载 Audacity
Audacity 是一款免费、开源的音频录制和编辑软件，用于实时查看音频波形。
windows x64 版本安装包： audacity-win-3.7.7-64bit.exe
其他系统版本可在官网下载，官方下载地址：https://www.audacityteam.org/download/
¶ 2. 音频设备配置
¶ 2.1 连接嵌入式设备
- 使用 USB 线将 ARCS-MINI 设备连接到电脑
- 确保设备已识别为音频设备（在 Windows 设备管理器中可查看）
¶ 2.2 Audacity 音频设置
在 Audacity 中进行以下设置：
-
选择音频主机：在工具栏中选择 Windows WASAPI（这是关键，其他接口可能无法正常工作）
-
选择录音设备：
- 在录音设备下拉框中选择您的 ARCS-MINI 设备
- 设备名称通常包含 "ARCS" 或设备序列号
-
配置录音参数：
- 采样率：16000 Hz (16 kHz)
- 格式：16 位
- 通道数：4 通道（立体声混音模式）
¶ 2.3 四通道说明
ARCS-MINI 输出 4 个音频通道，每个通道对应不同的音频流：
| 通道 | 名称 | 说明 |
|---|---|---|
| 通道 1 | 麦克风输入 | 原始麦克风采集的音频信号 |
| 通道 2 | 硬回采 (Hardware AEC) | 硬件回采的扬声器输出信号 |
| 通道 3 | 软回采 (Software AEC) | 软件回采的扬声器输出信号 |
| 通道 4 | 算法输出 | 经过降噪、AEC 等算法处理后的最终音频 |
¶ 2.4 开始录音
- 点击 Audacity 工具栏上的 红色录音按钮 开始录音
- 此时可以看到 4 个通道的实时波形
- 如果波形显示正常，说明配置成功
¶ 3. 调试命令说明
¶ 3.1 基本命令格式
使用 ADB 连接设备后，通过 shell 命令调整增益：
adb shell gain <command> [value]
¶ 3.2 可用命令列表
| 命令 | 说明 | 增益范围 (dB) |
|---|---|---|
set_mic |
设置麦克风模拟增益 | -12 到 36 dB，步进 2 dB |
set_mic_d |
设置麦克风数字增益 | -83 到 42 dB，步进 1 dB |
set_aec |
设置回采麦克风模拟增益 | -12 到 36 dB，步进 2 dB |
set_aec_d |
设置回采麦克风数字增益 | -83 到 42 dB，步进 1 dB |
set_spk |
设置扬声器模拟增益 | -24 到 6 dB，步进 2 dB |
set_spk_d |
设置扬声器数字增益 | -113 到 30 dB，步进 1 dB |
print |
打印当前所有增益设置 | - |
help |
显示帮助信息 | - |
¶ 3.3 命令示例
# 设置麦克风模拟增益为 20 dB
adb shell gain set_mic 20
# 设置扬声器数字增益为 -10 dB
adb shell gain set_spk_d -10
# 查看当前所有增益设置
adb shell gain print
¶ 3.4 重要提示：音量设置
⚠️ 在调试增益前，必须将设备音量设置为 100%！
¶ 方法一：语音调节
对小聆说："把音量调到最大" 或 "音量调到一百"
¶ 方法二：命令行调节
adb shell kv set int user.volume 100
原因：系统音量会影响扬声器输出幅度，必须在最大音量下调试增益才能获得准确结果。
¶ 4. 增益调整实践
¶ 4.1 增益调整的基本原则
¶ 核心目标
- 避免削波：波形不应触及上下边界，否则会造成失真
- 避免自说自话：设备播放声音时不应该被误识别为语音输入
- 保证信噪比：有效信号幅度应足够大，避免噪声占主导
¶ 调整顺序（推荐）
扬声器增益 → 回采增益 → 麦克风增益
¶ 4.2 扬声器增益调整
扬声器增益控制设备播放声音的幅度，影响用户的听觉体验和回采信号质量。
¶ 参数范围
- 模拟增益：-24 ~ 6 dB，步进 2 dB
- 数字增益：-113 ~ 30 dB，步进 1 dB
¶ 调整方法
步骤 1：初始设置
# 先设置为中等增益
adb shell gain set_spk 0 # 模拟增益 0 dB
adb shell gain set_spk_d 0 # 数字增益 0 dB
步骤 2：播放测试音频
让设备播放一段测试音频（如音乐或语音），同时观察 Audacity 的 通道 2（硬回采） 和 通道 3（软回采）。
步骤 3：观察波形
- 波形应饱满但不削波
- 正常波形峰值应在 -6 dB 到 -3 dB 之间
- 若波形削波（顶部/底部被截断），说明增益过大
正常扬声器回采波形示例
削波波形示例（需要降低增益）
步骤 4：微调增益
| 现象 | 解决方法 |
|---|---|
| 波形削波严重 | 降低模拟增益（set_spk），每次降低 2-4 dB |
| 波形幅度过小 | 提高模拟增益（set_spk），每次提高 2 dB |
| 削波但模拟增益已很低 | 降低数字增益（set_spk_d），每次降低 5-10 dB |
| 需要精细调整 | 使用数字增益进行微调，步进 1 dB |
¶ 4.3 回采增益调整
回采增益控制从扬声器到 AEC 算法的信号幅度，是避免"自说自话"的关键。
¶ 参数范围
- 模拟增益：-12 ~ 36 dB，步进 2 dB
- 数字增益：-83 ~ 42 dB，步进 1 dB
¶ 调整方法
步骤 1：初始设置
adb shell gain set_aec 0 # 模拟增益 0 dB
adb shell gain set_aec_d 0 # 数字增益 0 dB
步骤 2：设置扬声器增益
确保扬声器增益已按 4.2 节调整完成。
步骤 3：观察回采波形
在设备播放音频时，观察 通道 2（硬回采） 和 通道 3（软回采） 的波形。
步骤 4：验证麦克风输入
在设备播放音频的同时，对着麦克风说话，观察 通道 1（麦克风） 和 通道 4（算法输出）：
- 如果 通道 4 在设备播放时有明显的输出（"自说自话"），说明回采增益需要调整
- 正常情况：设备播放时，通道 4 应该几乎没有信号（被 AEC 抑制）
正常 AEC 效果（通道 4 播放时无信号）
AEC 失效示例（通道 4 有明显信号，需要调整回采增益）
步骤 5：调整回采增益
| 现象 | 解决方法 |
|---|---|
| 通道 4 在播放时有信号 | 提高回采增益（set_aec），让 AEC 算法获得更强的参考信号 |
| 回采波形削波 | 降低回采增益（set_aec 或 set_aec_d） |
| AEC 效果不佳 | 尝试提高数字增益（set_aec_d）进行微调 |
¶ 4.4 麦克风增益调整
麦克风增益控制输入语音的幅度，影响语音识别的效果。
¶ 参数范围
- 模拟增益：-12 ~ 36 dB，步进 2 dB
- 数字增益：-83 ~ 42 dB，步进 1 dB
¶ 调整方法
步骤 1：初始设置
adb shell gain set_mic 0 # 模拟增益 0 dB
adb shell gain set_mic_d 0 # 数字增益 0 dB
步骤 2：在安静环境测试
用正常音量（约 60-70 dB SPL，正常说话音量）对着麦克风说话，观察 通道 1（麦克风） 波形。
步骤 3：观察波形
- 正常波形峰值应在 -12 dB 到 -6 dB 之间
- 波形应清晰可见，不应淹没在噪声中
- 不应出现削波
正常麦克风输入波形示例
麦克风增益过高（削波）
截图预留位置：麦克风增益过低（信号微弱）
步骤 4：调整增益
| 现象 | 解决方法 |
|---|---|
| 波形削波 | 降低增益（set_mic），每次降低 2-4 dB |
| 波形幅度过小 | 提高增益（set_mic），每次提高 2 dB |
| 需要精细调整 | 使用数字增益（set_mic_d），步进 1 dB |
| 环境噪声较大 | 适当提高增益，但注意不要削波 |
步骤 5：验证算法输出
说话时观察 通道 4（算法输出）：
- 应该看到比通道 1 更干净的波形（噪声被抑制）
- 语音部分应该清晰，非语音部分应该安静
算法处理后波形对比（通道 1 vs 通道 4）
¶ 5. 波形分析方法
¶ 5.1 正常波形特征
¶ 麦克风输入（通道 1）
- 正常说话：峰值在 -12 dB 到 -6 dB 之间
- 大声说话：峰值可达 -3 dB，但不应削波
- 安静环境：底噪应低于 -40 dB
- 语音清晰：可以看到明显的语音包络
¶ 回采信号（通道 2 & 3）
- 播放音乐：峰值在 -6 dB 到 -3 dB 之间，波形饱满
- 播放语音：峰值在 -9 dB 到 -6 dB 之间
- 削波检测：波形顶部/底部不应被截断
¶ 算法输出（通道 4）
- 语音段：清晰可见的语音波形，噪声被抑制
- 静音段：接近零线，没有明显的噪声残留
- AEC 效果：设备播放时，通道 4 应该几乎没有输出
¶ 5.2 削波识别
削波表现为波形顶部或底部被"削平"，呈现矩形特征。
削波波形示意图
危害：
- 音频失真严重
- 语音识别准确率下降
解决方法：
- 先降低模拟增益
- 如果模拟增益已很低仍削波，降低数字增益
¶ 5.3 自说自话问题
现象：设备播放音频时，语音识别系统误将播放内容识别为语音命令。
波形特征：设备播放时，通道 4 有明显的输出信号。
原因：
- 回采增益设置不当，AEC 算法参考信号不足
- 扬声器与麦克风距离过近或声学隔离不佳
解决方法：
- 提高回采增益（
set_aec和set_aec_d） - 确保扬声器增益适中（过大会增加 AEC 难度）
- 检查硬件声学设计
¶ 6. 常见问题与解决方案
¶ 6.1 削波问题
问题：波形出现削波，音频失真。
解决方案：
- 检查当前增益设置：
adb shell gain print - 降低对应通道的模拟增益
- 如果模拟增益已很低，降低数字增益
- 重新测试并观察波形
¶ 6.2 音量过小
问题：播放音量或录音音量过小。
解决方案：
- 确认设备音量为 100%：
adb shell kv get int user.volume - 提高扬声器模拟增益：
adb shell gain set_spk <value> - 提高扬声器数字增益：
adb shell gain set_spk_d <value> - 如果是录音音量小，提高麦克风增益
¶ 6.3 自说自话
问题：设备播放音频时触发语音识别。
解决方案：
- 观察通道 4 波形，确认 AEC 是否工作
- 提高回采增益：
adb shell gain set_aec 15和adb shell gain set_aec_d 5 - 适当降低扬声器增益，避免过大的播放音量
- 测试验证：播放音频时对着麦克风说话，确认识别正常
¶ 6.4 噪声过大
问题：录音噪声过大，影响语音识别。
解决方案：
- 提高信噪比：提高麦克风增益，让有效信号更强
- 注意不要削波：调整后重新检查波形
- 检查环境噪声源并移除
- 观察通道 4 算法输出的降噪效果
¶ 6.5 增益调整无效
问题：调整增益后没有变化。
解决方案：
- 确认命令执行成功：
adb shell gain print - 检查 ADB 连接：
adb devices - 重启音频服务或设备
- 确认固件版本为 2.1 及以上
¶ 附录 A：完整调试流程示例
# 1. 设置设备音量为 100%
adb shell kv set int user.volume 100
# 2. 查看当前增益设置
adb shell gain print
# 3. 配置扬声器增益（适中音量）
adb shell gain set_spk 0
adb shell gain set_spk_d -5
# 4. 配置回采增益（标准 AEC）
adb shell gain set_aec 10
adb shell gain set_aec_d 5
# 5. 配置麦克风增益（标准输入）
adb shell gain set_mic 20
adb shell gain set_mic_d 0
# 6. 开始 Audacity 录音，播放测试音频并说话测试
# 7. 根据波形微调增益
# 例如：如果麦克风削波
adb shell gain set_mic 18
# 8. 保存最终配置
adb shell gain print > gain_config.txt
¶ 附录 B：Audacity 快捷键
| 快捷键 | 功能 |
|---|---|
| Space | 播放/暂停 |
| R | 开始录音 |
| Shift + R | 定时录音 |
| Ctrl + Z | 撤销 |
| Ctrl + Shift + E | 导出音频 |
| Ctrl + Shift + L | 导出多通道音频 |
¶ 附录 C：术语表
| 术语 | 说明 |
|---|---|
| 增益 (Gain) | 信号放大的倍数，用 dB 表示 |
| 模拟增益 | 在 ADC 转换前的模拟信号放大 |
| 数字增益 | 在 ADC 转换后的数字信号放大 |
| 削波 (Clipping) | 信号幅度超过最大值被截断，造成失真 |
| AEC (Acoustic Echo Cancellation) | 声学回声消除，抑制扬声器声音被麦克风拾取 |
| 信噪比 (SNR) | 有效信号与噪声的比值，越高越好 |
| 硬回采 | 通过硬件电路采集的扬声器输出信号 |
| 软回采 | 通过软件路径采集的扬声器输出信号 |
| dB (分贝) | 对数单位，用于表示信号幅度 |
| WASAPI | Windows Audio Session API，Windows 音频接口 |
¶ 附录 D：将增益配置固化到固件
¶ D.1 为什么需要固化配置？
通过 ADB 命令调整的增益值在设备重启后会恢复为默认值。如果您希望设备上电后自动使用调试好的增益配置，需要将增益值写入项目配置文件并重新编译固件。
¶ D.2 配置文件位置
增益配置文件位于项目根目录：
apps/arcs-mini/prj.conf
¶ D.3 配置项说明
在配置文件中找到以下配置项（通常在文件末尾）：
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_A_DB=36
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_D_DB=0
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_A_DB=22
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_D_DB=0
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_A_DB=0
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_D_DB=-19
配置项对应关系：
| 配置项 | 说明 | 对应 ADB 命令 |
|---|---|---|
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_A_DB |
麦克风模拟增益默认值 | gain set_mic |
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_D_DB |
麦克风数字增益默认值 | gain set_mic_d |
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_A_DB |
回采模拟增益默认值 | gain set_aec |
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_D_DB |
回采数字增益默认值 | gain set_aec_d |
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_A_DB |
扬声器模拟增益默认值 | gain set_spk |
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_D_DB |
扬声器数字增益默认值 | gain set_spk_d |
¶ D.4 固化配置步骤
¶ 步骤 1：确定最佳增益值
按照本教程第 4 节的方法，使用 ADB 命令调整并测试，找到最佳增益值。
¶ 步骤 2：查看当前增益值
adb shell gain print
输出示例：
Microphone: analog=20 dB, digital=0 dB
AEC Ref: analog=10 dB, digital=5 dB
Speaker: analog=0 dB, digital=-5 dB
¶ 步骤 3：修改配置文件
打开 apps/arcs-mini/prj.conf 文件，找到增益配置项，修改为调试得到的最佳值：
# 根据测试结果修改以下配置
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_A_DB=20
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_MIC_GAIN_D_DB=0
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_A_DB=10
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_REF_GAIN_D_DB=5
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_A_DB=0
CONFIG_AUDIO_DEFAULT_SPK_GAIN_D_DB=-5
¶ 步骤 4：重新编译固件
./build.sh -S apps/arcs-mini
¶ 步骤 5：烧录固件
./res/arcs-mini/adb_download.sh
¶ 步骤 6：验证配置
烧录完成后，设备上电，验证增益配置是否生效：
# 连接设备
adb devices
# 查看增益设置
adb shell gain print
输出应显示您配置的默认值。
¶ D.5 注意事项
- 范围限制：确保配置值在允许范围内（参见 3.2 节）
- 编译环境：确保编译环境已正确配置
- 备份原配置：修改前建议备份原始配置文件
- 测试验证：烧录新固件后务必重新测试音频效果
- 批量生产：对于批量生产，此配置将应用于所有设备
¶ D.6 临时调试 vs 永久配置
| 方式 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| ADB 命令 | 开发调试、临时测试 | 快速、可反复调整 | 重启后失效 |
| 配置文件 | 批量生产、稳定版本 | 永久生效、无需手动设置 | 需要重新编译烧录 |
建议工作流程：
- 使用 ADB 命令调试，找到最佳增益值
- 将调试好的值写入
prj.conf - 重新编译并烧录固件
- 验证配置生效且效果良好
- 提交代码，用于后续批量生产