耳机的有源噪声消除系统技术方案

一种有源噪声消除系统(2)，包括有源噪声消除电路，所述有源噪声消除电路连接到设置为感测环境噪声的麦克风(10)，所述有源噪声消除电路包括：模数转换器(ADC)(14)，其被设置成将所感测的环境噪声转换成数字环境噪声信号，预测滤波器(16)，其配置用于预测多个(D个)反相的数字环境噪声样本并生成数字环境噪声反相信号，数模转换器(DAC)(24)，用于将数字环境噪声反相信号转换为模拟环境噪声反相信号以消除环境噪声。

Active Noise Elimination System for Headphones

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耳机的有源噪声消除系统
本专利技术涉及有源噪声消除系统，特别是适用于头戴式耳机和耳机，以及具有有源噪声消除系统的头戴式耳机和耳机。
技术介绍
在具有有源噪声消除功能的传统耳机中，耳机内的麦克风检测外部环境噪声，然后对外部环境噪声进行处理，以生成一个反相信号，为耳机佩戴者消除音频信号中的环境噪声。测量的噪声信号用于产生反馈信号，该反馈信号通过放大器进行处理以调整电平，然后将其反相并应用于耳机的扬声器以消除噪声信号。滤波用于保留预期的音频信号。目前使用的大多数有源噪声消除技术都是类似的，在实现方案、滤波器以及麦克风和扬声器的放置上都有所不同。最近，数字噪声消除技术得到了发展。传统的数字噪声消除技术主要是基于子带滤波和主频率音频及其谐波产生的来消除大部分的环境噪声。这些技术为用户在实践中受到的大部分典型噪声提供了合理有效的噪声消除。然而，现有的噪声消除技术在它们可以处理的音频信号带宽、为用户播放的预期音频信号的质量以及噪声的降低水平上有很大的限制，因此一流的产品通常不能降低超过10db的噪声水平。在不影响为用户提供的预期声音的音频质量的前提下，可以改善有源噪声消除的性能。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种在保持高质量音频信号的同时有效地消除环境噪声的有源噪声消除系统。本专利技术的另一个目的是提供一种具有有源噪声消除系统的耳机，所述有源噪声消除系统能够有效地消除环境噪声，并且对提供给佩戴者的音频信号的质量具有最小或无影响。有源噪声消除系统易于实施且具有成本效益。本专利技术的目的是通过提供根据权利要求1所述的有源噪声消除系统、根据权利要求6所述的耳机以及根据权利要求8所述的产生耳机音频信号的方法来实现。本说明书和权利要求书中所用的“耳机”一词旨在包括任何由人戴在耳朵或耳朵上、靠近耳朵或耳朵内的电动移动发声装置。例如，一个耳机或一对耳机在这里被理解为属于术语“耳机”的含义。本专利技术公开了一种有源噪声消除系统，包括有源噪声消除电路，所述有源噪声消除电路连接到设置为感测环境噪声的麦克风，所述有源噪声消除电路包括：模数转换器(ADC)(14)，其被设置成将所感测的环境噪声转换成数字环境噪声信号，预测滤波器(16)，其被配置用于预测多个(D个)反相的数字环境噪声样本并生成数字环境噪声反相信号，数模转换器(DAC)(24)，用于将数字环境噪声反相信号转换为模拟环境噪声反相信号以消除环境噪声。在一个实施例中，有源噪声消除电路包括设置在预测滤波器之前或之后的数字信号路径中的外壳频率响应滤波器，以补偿麦克风位置对感测环境噪声的影响。在一个实施例中，有源噪声消除电路包括一个求和电路，所述求和电路被设置为将用于向用户播放的音频信号添加到所述数字或模拟环境噪声反相信号中。在一个实施例中，有源噪声消除电路包括一个放大器，用于调整求和的音频信号和环境噪声反相信号的增益。在一个实施例中，ADC和DAC以总延迟小于1微秒的时钟频率fs工作。本专利技术还公开了一种耳机，其包括如上述任何实施例中所述的有源噪声消除系统、外壳、设置为感测连接到有源噪声消除电路的环境噪声的麦克风、以及连接到有源噪声消除电路的扬声器系统，所述扬声器系统安装在外壳中。在一个实施例中，麦克风和有源噪声消除电路安装在外壳中。本文还公开了一种生成耳机音频信号的方法，包括以下步骤：通过麦克风感测环境音频噪声信号；使用模数转换器(ADC)将感测到的环境音频噪声信号转换为数字环境音频噪声信号；对所述数字环境音频噪声信号运行预测滤波训练算法，提取预测滤波器系数；将所述预测滤波器系数更新至工作在N倍的时钟频率(fs)下预测滤波器，所述预测滤波器配置为预测未来环境噪声信号的多个(D个)样本；对数字环境音频噪声信号及其预测的多个未来样本进行处理，生成反相的预测环境噪声样本；通过数模转换器(DAC)将反相的预测环境噪声样本转换为模拟有源噪声消除信号。在一个实施例中，ADC和DAC以总延迟小于1微秒的时钟频率(fs)工作。在一个实施例中，该方法还包括：将用户预期的音频信号样本添加到反相的预测环境噪声样本中，并通过数模转换器(DAC)将所述样本转换为包括有源噪声消除信号的模拟音频信号。在一个实施例中，包括有源噪声消除信号的模拟音频信号被馈送到扬声器系统，向用户播放预期的音频信号，同时消除环境噪声。在一个实施例中，该方法还包括：在外壳频率响应滤波器中处理数字环境音频噪声信号及其预测的多个未来样本，以适应麦克风位置。在一个实施例中，所述预测的多个未来样本具有与包括所述ADC和所述DAC的有源噪声抵消电路的总延迟相对应的预测深度时间TPD。在一个实施例中，所述预测滤波器配置为预测所述多个(D个)环境噪声信号的未来样本，使得所述多个D除以所述时钟频率D/fs实质上等于所述预测深度时间TPD。在一个实施例中，预测滤波器以比ADC的时钟频率fs高N倍的时钟频率Nxfs运行，其中，N在10到1000的范围内。在一个实施例中，预期未来噪声信号中预测噪声样本的数量等于TPD*fs，其中TPD是有源噪声消除系统的总延迟，fs是ADC的时钟频率。在一个实施例中，有源噪声消除系统的总延迟TPD在100微秒到200微秒的范围内。在一个实施例中，ADC的时钟频率fs高于200kHz，例如在200kHz到1MHz的范围内。附图说明从权利要求书和以下与附图有关的本专利技术实施例的详细说明中可以看出本专利技术的其他目的和有利特征，其中：图1是根据本专利技术实施例的耳机简图示意图；图2是根据本专利技术第一实施例的有源噪声消除系统的原理框图；图3是根据本专利技术第二实施例的有源噪声消除系统的原理框图。具体实施方式参考上述附图，根据本专利技术实施例的耳机2被配置成佩戴在人的耳朵上、耳朵内或耳朵附近，包括外壳4、安装在外壳4中的有源噪声消除系统6和安装在外壳4中的扬声器系统8。扬声器系统8可包括各种声音换能器，以从提供给所述换能器的音频信号中再现声音，本身为所属领域内众所周知的。外壳4包括对应于外部环境噪声接收侧的外侧4a、配置成将扬声器系统8产生的声音指向人的耳朵的耳侧4c以及容纳扬声器系统8的部件的内部4b。有源噪声消除系统的部件最好也安装在外壳4内，但是在其他变化实施例中，有源噪声消除系统的部件也可以部分或全部安装在容纳扬声器系统的外壳4外，例如安装在单独的外壳内，例如在连接两个耳机设备的头带或连接到耳机设备的有线控制装置中。有源噪声消除系统6包括麦克风10和有源噪声消除电路12。在较佳实施例中，麦克风可放置于外壳外侧4a附近，其配置成捕获要消除的外部(环境)噪音。然而，在其他变化实施例中，也可以将话筒放置在外壳的不同位置或外壳外部的单独支架(如耳机头带)中。在一个实施例中，有源噪声消除电路包括模拟-数字转换器(ADC)14、预测滤波器16、数字-模拟转换器(DAC)24、时钟28和连接到扬声器系统8的放大器电路26。有源噪声消除系统还可以包括外壳频率响应滤波器(casingfrequencyresponsefilter)22。预测滤波器16包括数字预测滤波器电路20和预测滤波器系数训练算法18。参考图2和图3，图示地说明了本专利技术耳机的有源噪声消除系统的示例性实施例。有源噪声消除系统包括麦克风10、模拟-数字转换器14、用于提取预测滤波器最佳系数的预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源噪声消除系统(2)，包括有源噪声消除电路，所述有源噪声消除电路连接到设置为感测环境噪声的麦克风(10)，所述有源噪声消除电路包括：模数转换器(ADC)(14)，其被设置成将所感测的环境噪声转换成数字环境噪声信号，预测滤波器(16)，其被配置用于预测多个(D个)反相的数字环境噪声样本并生成数字环境噪声反相信号，数模转换器(DAC)(24)，用于将所述数字环境噪声反相信号转换为模拟环境噪声反相信号以消除环境噪声。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 US 62/395,4471.一种有源噪声消除系统(2)，包括有源噪声消除电路，所述有源噪声消除电路连接到设置为感测环境噪声的麦克风(10)，所述有源噪声消除电路包括：模数转换器(ADC)(14)，其被设置成将所感测的环境噪声转换成数字环境噪声信号，预测滤波器(16)，其被配置用于预测多个(D个)反相的数字环境噪声样本并生成数字环境噪声反相信号，数模转换器(DAC)(24)，用于将所述数字环境噪声反相信号转换为模拟环境噪声反相信号以消除环境噪声。2.根据前述权利要求所述的有源噪声消除系统，其中所述有源噪声消除电路包括设置在所述预测滤波器之前或之后的数字信号通路中的外壳频率响应滤波器(22)，以补偿所述麦克风(10)的位置对所述感测环境噪声的影响。3.根据前述任一权利要求所述的有源噪声消除系统，其中所述有源噪声消除电路包括一个求和电路(36)，所述求和电路(36)被设置为将用于向用户播放的音频信号添加到所述数字或模拟环境噪声反相信号中。4.根据前述任一权利要求所述的有源噪声消除系统，其中所述有源噪声消除电路包括放大器(26)，用于调整求和的音频和环境噪声反相信号的增益。5.根据前述任一权利要求所述的有源噪声消除系统，其中所述模数转换器和数模转换器以总延迟小于1微秒的时钟频率(fs)工作。6.一种耳机，其包括根据上述任一权利要求所述的有源噪声消除系统、外壳(4)、设置为感测连接到有源噪声消除电路的环境噪声的麦克风(10)、以及连接到有源噪声消除电路的扬声器系统(8)，所述扬声器系统安装在所述外壳中。7.根据前述权利要求所述的耳机，其中麦克风和有源噪声消除电路安装在外壳中。8.一种产生耳机音频信号的方法，包括以下步骤：通过麦克风感测环境音频噪声信号；使用模数转换器(ADC)将感测到的环境音频噪声信号转换为数字环境音频噪声信号；对所述数字环境音频噪声信号运行预测滤波训练算法，提取预测滤波器系数；将所述预测滤波器系数更新至工作在N倍的时钟频率(f...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·法拉哈尼萨尼，J·哈扎维，A·塔莱比，
申请(专利权)人：阿凡达公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH