本发明专利技术提供了一种用于便携式音频设备中的前馈有源噪声消除(ANC)系统，所述系统具有自适应数字滤波器和参考麦克风。非自适应预成形数字滤波器具有耦接至所述参考麦克风的输入，并且与所述自适应滤波器串联并在其前方。所述预成形滤波器为最小相位并且在低音频频带上比在高音频频带上多呈现至少2dB的增益。这可帮助补偿低频带难度，并且可从而扩展低端处的ANC带宽而对高端没有恶化影响。本发明专利技术还描述其他实施例并要求对其进行保护。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种用于便携式音频设备中的前馈有源噪声消除(ANC)系统，所述系统具有自适应数字滤波器和参考麦克风。非自适应预成形数字滤波器具有耦接至所述参考麦克风的输入，并且与所述自适应滤波器串联并在其前方。所述预成形滤波器为最小相位并且在低音频频带上比在高音频频带上多呈现至少2dB的增益。这可帮助补偿低频带难度，并且可从而扩展低端处的ANC带宽而对高端没有恶化影响。本专利技术还描述其他实施例并要求对其进行保护。【专利说明】用于有源噪声消除自适应滤波器的预成形串联滤波器相关内容本申请要求2012年3月30日提交的临时申请N0.61/618，432的较早提交日期的权益。
本专利技术的实施例涉及存在于便携式音频设备诸如智能电话中的有源噪声消除过程或电路。还描述了其他实施例。
技术介绍
移动电话使得其用户能够在不同声学环境中进行对话，其中一些环境相对安静，而另一些环境则相当嘈杂。为了改进处于恶劣声学环境中的近端用户对远端用户的语音的可懂度，可在移动电话中实施称为有源噪声消除(ANC)的音频信号处理技术，其中恶劣声学环境为围绕移动电话的环境声学噪声或不需要的声音(此处也称为背景声音或背景噪声)特别高的环境，诸如在繁忙的街道上或者机场或火车站附近。ANC的一个目标为通过产生被设计来(在声学上)消除背景声音的抗噪声信号来消除或至少减少由近端用户例如通过其耳朵听到的背景声音，其耳朵压贴手机的听筒或佩戴耳机。通常，通过用于产生所需音频的听筒扬声器来驱动抗噪声信号。ANC电路使用称之为“误差麦克风”的麦克风，该麦克风置于在用户耳朵和听筒壳体的内侧之间形成的空腔内侧。除了从听筒扬声器发出的所需声音之外，误差麦克风还拾取泄漏到空腔中的背景声音。此外，参考麦克风通常置于听筒壳体的外部，以便直接检测背景声音。随后使用自适应数字滤波器W估算参考麦克风与误差麦克风之间的未知声音响应，使得自适应滤波器W的输出生成抗噪声信号,该信号旨在消除用户所听到(并且如被误差麦克风拾取)的背景声音。自适应数字滤波器控制器使用来自参考麦克风的信号以及在声学上组合的抗噪声和背景声音(由误差麦克风拾取)的表不作为输入，以便使滤波器W随时间(例如，在电话呼叫或其他音频回放会话期间)自适应，使得尽可能减少抗噪声和背景声音(如由误差麦克风拾取)之间的“误差”。 已经开发出了可用于实施自适应滤波器W和自适应滤波器控制器的音频信号处理集成电路。在此类系统中，自适应滤波器W已被实施为有限脉冲响应(FIR)数字滤波器，其具有128个抽头和约48kHz的有效采样率(用于对参考麦克风的输出进行采样)。
技术实现思路
本专利技术人在此已确定可通过适当配置预成形滤波器(也称为偏置或细调滤波器T)来改进ANC过程的结果(依据由正在运行ANC过程的便携式音频设备的用户所感知到的噪声减小的改进质量)，该预成形滤波器被设置为与自适应滤波器W的参考麦克风输入串联并且在该参考麦克风输入前方。该预成形滤波器T在这样的情况下可特别有效，其中自适应滤波器W不具有足够频率精度来产生用于减少在低于约375Hz的音频频带中噪声的所需抗噪声信号。受约束自适应滤波器W在低于400Hz时的精度缺乏结合听筒扬声器响应在低于250Hz时的滚降，带来了 ANC过程在低频带中的有效性的问题。因此，需要一种ANC系统，该系统具有足够低的频率分辨率，以便产生在低于400Hz时合理有效的抗噪声信号，同时能够满足其他约束，包括用于自适应滤波器W的有限FIR滤波器尺寸。 根据本专利技术的实施例，通过添加非自适应数字预成形滤波器T来增强ANC电路，该滤波器的输入耦接至参考麦克风的采样输出，并且其中滤波器T与自适应数字滤波器W串联并且在其前方。滤波器W将通过自适应滤波器控制器基于来自所需音频信号、参考麦克风和误差麦克风的输入进行调节，同时其生成抗噪声信号，该信号被输入至听筒扬声器，以便控制便携式音频设备的用户所听到的背景声音。滤波器T被配置为具有最小相位并且在低音频频带上比在高音频带上多呈现至少2dB的增益。在一个实施例中，额外增益被约束在2dB-15dB之间，并且更具体地讲在2dB-10dB之间。 在一个实施例中，滤波器T在约ΙΟΗζ-ΙΟΟΗζ的低音频频带上比在约300Hz-5kHz的高音频频带上呈现更多增益。在另一个实施例中，相对于约IkHz至4kHz的高频带,在约1Hz至250Hz的低频带中具有2dB-15dB或2dB_10dB的受约束增益增大。 此外，滤波器T在10Hz_5kHz带上的相位响应表现出小于90° (并且另外在一个实施例中小于45° )的相位变化。可例如使用常规双二阶节数字滤波器结构将滤波器T实施为例如二阶最小相位滤波器。可替代地，在对用于配置双二阶节的滤波器系数有某些限制的情况下，滤波器T可实施为至少两个一阶滤波器的串联或级联连接，所述一阶滤波器的系数具有小于I的绝对值并且两者均具有最小相位，其中一者为低频斜坡滤波器并且另一者为闻频斜坡滤波器。 模拟结果示出预成形滤波器T扩展低端处的ANC过程的有效音频带宽，而不使高端处的特性恶化。滤波器T可被视为将ANC过程“偏置”，使得在量值意义上，该滤波器具有一个分量，该分量通过例如表现出低音频频带(例如，ΙΟΗζ-ΙΟΟΗζ)中的增益提升或正增益来抵消扬声器的滚降。同时，滤波器T在从参考麦克风至扬声器并且随后到达用户耳朵(或误差麦克风)的信号处理路径中引入尽可能小的相位变化(延迟)。由于参考麦克风和用户耳朵之间的物理距离较短，该路径接近于非因果关系，并且因此在产生抗噪声时可能无法容忍较长延迟。 以上概述不包括本专利技术所有方面的详尽列表。可以预期的是，本专利技术包括可由上文概述的各个方面以及在下文的【具体实施方式】中公开并且在随该申请提交的权利要求中特别指出的各种方面的所有合适组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述
技术实现思路
中具体阐述的特定优点。 【专利附图】【附图说明】 本专利技术的各实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图形，在附图中类似的附图标号表示类似的元件。应当指出，本公开中提到“一”或“一个”本专利技术实施例未必是同一实施例，并且这样的援引表不至少一个。 图1示出了由处于恶劣声学环境中的用户所使用的移动通信设备。 图2为包括与有源噪声消除过程相关的部件的便携式音频设备的部分的框图。 图3为用于示例性非自适应滤波器T的量值响应以及该滤波器的组成部件的量值响应的曲线图。 图4为图3的例子中的滤波器T的相位响应的曲线图。 图5为可为滤波器T的组成部件的一阶滤波器的极零点曲线图。 图6为可为滤波器T的组成部件的另一个一阶滤波器的极零点曲线图。 图7示出了示例性滤波器T的量值响应以及在与涉及扬声器响应的估算量值响应F组合时该滤波器的效应。 图8示出了图7中的示例性滤波器T的相位响应。 【具体实施方式】 现在将参考【专利附图】【附图说明】本专利技术的若干实施例。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本专利技术的一些实施例可在没有这些细节的情况下实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免影响对本说明的理解。 图1示出了由处于恶劣声学环境中的近端用户所使用的便携式音频设备2，此处本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种便携式个人收听音频设备，包括：听筒扬声器，其具有用以接收音频信号的输入；参考麦克风，其用以拾取所述设备外的背景声学噪声；误差麦克风，其用以拾取从所述听筒扬声器发出的声音；以及有源噪声消除(ANC)电路，其具有预成形数字滤波器，所述滤波器的输入耦接至所述参考麦克风并且所述滤波器的输出与自适应数字滤波器串联并且在其前方，所述自适应数字滤波器将通过自适应滤波器控制器基于来自a)所述音频信号、b)所述参考麦克风和c)所述误差麦克风的输入进行调节，以向所述听筒扬声器的输入提供抗噪声信号，从而控制所述设备的用户所听到的背景声学噪声，并且其中所述预成形数字滤波器被配置为最小相位，并且在低音频频带上比在高音频频带上多呈现介于至少2dB但不超过15dB之间的增益。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·C·尼可森，T·M·詹森，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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