噪声消除系统、噪声消除头戴式耳机和噪声消除方法技术方案

一种用于支持噪声消除的音频设备的噪声消除系统包括：各自被设计为处理噪声信号的第一噪声滤波器(HLF)和第二噪声滤波器(LLF)、组合器(CMB)和适配引擎(ADP)。第一噪声滤波器(HLF)具有与音频设备的高泄漏状态匹配的第一固定频率响应。第二噪声滤波器(HLF)具有与音频设备的低泄漏状态匹配的第二固定频率响应。组合器(CMB)配置为基于利用第一可调增益因子放大的第一噪声滤波器的输出和利用第二可调增益因子放大的第二噪声滤波器的输出的组合来提供补偿信号(cm)。适配引擎(ADP)配置为基于误差噪声信号(nerr)来评估音频设备的泄漏状态，并且基于所评估的泄漏状态来调节第一和第二可调增益因子中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】噪声消除系统、噪声消除头戴式耳机和噪声消除方法本公开涉及一种噪声消除系统、一种具有这种系统的噪声消除头戴式耳机以及一种噪声消除方法。如今，大量头戴式耳机(包括耳塞式耳机)配备了噪声消除技术。例如，这种噪声消除技术被称为主动噪声消除或环境噪声消除，两者均被缩写为ANC。ANC通常利用记录的环境噪声进行处理以产生抗噪信号，然后将抗噪信号与有用的音频信号进行组合以在头戴式耳机的扬声器上播放。ANC也能够用于其他音频设备中，像手持设备或移动电话。各种ANC方法都使用反馈FB麦克风、前馈FF麦克风或反馈和前馈麦克风的组合。为了使每个系统有效地工作，头戴式耳机优选地对耳朵/头部进行近乎完美的密封，该密封在佩戴着设备时不会改变，并且对任何用户都一样。由于不合适而导致的这种密封的任何变化都会改变声学特性，并且最终改变ANC的性能。这种密封通常在耳垫和用户的头部之间，或在耳塞式耳机的橡胶头和耳道壁之间。对于大多数噪声消除头戴式耳机和耳塞式耳机，在不同用户之间佩戴时要努力保持一致的合适，以确保头戴式耳机的声学特性不会改变并且始终与滤波器良好的匹配。但是，“泄漏式”的耳塞式耳机和头戴式耳机不会在耳垫/尖端和耳朵之间进行密封，当不同的人佩戴时，其声学特性会有很大变化。此外，由于典型的日常头部运动，当耳塞式耳机在他们的耳朵中运动时，对于用户声学特性会有所不同。因此，对于任何泄漏式的耳塞式耳机或头戴式耳机，都需要进行一些适配以确保滤波器始终与声学特性匹配。最流行的适配算法是通过直接改变滤波器系数来改变滤波器响应。核心最小均方(LMS)算法有多种变型，这些变型在过去已经用于处理适配噪声消除。这些包括u-滤波LMS和x-滤波LMS。然而，当将LMS算法应用于IIR滤波器时，必须对算法进行约束以防止其变得不稳定。这些约束能够限制适配的成功，并且减慢适配的速度。要实现的目的是提供用于音频设备中的噪声消除的改进的信号处理概念，音频设备例如为头戴式耳机或手持设备，该信号处理概念改善了噪声消除性能。该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中定义了改进概念的实施例和发展。改进的信号处理概念基于思想：用分别具有固定频率响应的两个或更多个滤波器代替具有可调滤波器特性的单个滤波器，这两者都处理同一噪声信号。将这些滤波器的输出与相应的可调增益因子组合，该相应的可调增益因子组合基于音频设备的实际泄漏状态来调节。能够基于误差噪声信号来评估或确定泄漏状态。例如，改进的信号处理概念通过实施并联的两个或更多个固定的ANC滤波器来实现。在其最简单的形式中，这将是两个滤波器。一个调谐为当佩戴在最可能泄漏的位置时匹配音频设备(例如耳塞式耳机)的声学特性。另一个调谐为当佩戴在最可能密封的位置时匹配耳塞式耳机的声学特性。这两个位置代表了任何人可以佩戴耳机的极限。然后将两个滤波器混合以在两个滤波器形状之间进行线性内插。通过调节这两个滤波器的混合，实现新的结果滤波器形状，该形状能够匹配这两个极端之间的任何泄漏设置。这两个滤波器的混合被调节以最小化优选地位于音频设备的扬声器前面的误差麦克风的信号。优点是在广泛的泄漏范围内具有良好的噪声消除性能。这意味着泄漏式的耳塞式耳机和手持设备能够实施噪声消除。这也意味着没有预算来实施低公差部件和制造工艺的低端耳塞式耳机和头戴式耳机在不同的人之间能够具有更好的噪声消除性能和更可靠的噪声消除性能。改进的信号处理概念基于新的理解：在并联布置的两个滤波器之间进行插值能够匹配用于几种不同泄漏的耳塞式耳机的声学特性响应。该方法能够被容易地扩展成更多的噪声滤波器，这些噪声滤波器与音频设备的一个或更多个相应的中间泄漏状态匹配。在那种情况下，可以在最接近所确定的实际泄漏状态匹配的那些滤波器之间进行插值。由于滤波器的输出通过相应的增益因子仅线性的变化，因此即使采用递归滤波器，滤波器也不会变得不稳定。因此，改进的信号处理概念实现了稳定的ANC。在根据改进的信号处理概念的噪声消除系统的实施例中，该系统将用于像头戴式耳机、耳塞式耳机、移动电话、手持设备等支持噪声消除功能的音频设备，该系统包括第一和第二噪声滤波器、组合器和适配引擎。第一噪声滤波器具有与音频设备的高泄漏状态匹配的第一固定频率响应，并且被设计为处理噪声信号。第二噪声滤波器具有与音频设备的低泄漏状态匹配的第二固定频率响应，并且被设计为处理与第一噪声滤波器相同的噪声信号。组合器被配置为基于利用第一可调增益因子放大的第一噪声滤波器的输出和利用第二可调增益因子放大的第二噪声滤波器的输出的组合来提供补偿信号。适配引擎被配置为基于误差噪声信号来评估音频设备的泄漏状态，并且基于所评估的泄漏状态来调节第一可调增益因子和第二可调增益因子中的至少一个可调增益因子。例如，分别进行、调节第一和第二可调增益因子的设置。例如，在噪声消除系统的运行期间进行第一和第二可调增益因子中的该至少一个可调增益因子的调节。在下文中，将解释改进的概念，有时会将头戴式耳机或耳塞式耳机作为音频设备的示例。然而，应当理解，该示例不是限制性的，并且，在用户使用期间能够出现不同的泄漏状态的情况下，对于其他种类的音频设备，本领域技术人员也将理解该示例。通常，术语音频设备应该包括所有类型的音频再现设备。例如，在预定义的最高泄漏状态下，例如使用标准ANC滤波器匹配技术，对第一噪声滤波器进行预调谐以匹配耳塞式耳机的ANC目标功能。因此，在预定义的最低泄漏状态下，再次使用标准技术，对第二噪声滤波器进行预调谐以匹配耳机的ANC目标功能。最低泄漏状态和最高泄漏状态代表耳塞式耳机可能被佩戴的最低可能泄露和最高可能泄露。最低的泄漏通常是完全密封的。针对这些状态的目标功能例如可以通过在头和躯干模拟器上使用定制的泄漏适配器来获得，或者能够通过对所选测试对象进行测量来获得。然而，确定第一和第二噪声滤波器的固定频率响应不是改进的信号处理概念本身的主题。误差噪声信号可以是由位于音频设备的扬声器附近的反馈噪声麦克风记录的反馈噪声信号。因此，误差噪声信号包含关于在扬声器上播放的音频信号中的噪声部分的信息。根据ANC的类型，要由第一和第二噪声滤波器处理的噪声信号可以是在前馈ANC的实施方式的情况下由环境噪声麦克风记录的信号，或者在反馈ANC实施方式的情况下的误差噪声信号或附加反馈噪声信号。例如适配引擎被配置为基于在一个或更多个不同频率或频率范围下的误差噪声信号的噪声评价来评估泄漏状态。例如，在这些频率或频率范围下的噪声贡献指示了当前的泄漏状态。在一些实施方式中，适配引擎被配置为基于误差噪声信号的滤波后的版本来评估泄漏状态。噪声信号的评估能够在模拟域以及数字域中执行。误差噪声信号的评估能够在时域中(例如通过使用具有一个或更多个通带的带通滤波器)执行或在频域中(例如采用FFT算法)执行。在一些实施方式中，适配引擎被配置为使用所评估的泄漏状态与第一和第二可调增益因子之间的映射函数、特别是多项式映射函数来调节第一和第二可调增益因子。多项式映射包括线性函数和非线性函数。在一些实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于支持噪声消除的音频设备的噪声消除系统，所述音频设备特别是头戴式耳机(HP)，所述系统包括：/n-第一噪声滤波器(HLF)，其具有与音频设备的高泄漏状态匹配的第一固定频率响应，并且被设计为处理噪声信号(n0)；/n-第二噪声滤波器(HLF)，其具有与音频设备的低泄漏状态匹配的第二固定频率响应，并且被设计为处理噪声信号(n0)；/n-组合器(CMB)，其被配置为基于利用第一可调增益因子放大的第一噪声滤波器(HLF)的输出和利用第二可调增益因子放大的第二噪声滤波器(LLF)的输出的组合来提供补偿信号(cm)；以及/n-适配引擎(ADP)，其被配置为基于误差噪声信号(nerr)来评估音频设备的泄漏状态，并且基于所评估的泄漏状态来调节第一和第二可调增益因子中的至少一个可调增益因子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 EP 17189001.51.一种用于支持噪声消除的音频设备的噪声消除系统，所述音频设备特别是头戴式耳机(HP)，所述系统包括：
-第一噪声滤波器(HLF)，其具有与音频设备的高泄漏状态匹配的第一固定频率响应，并且被设计为处理噪声信号(n0)；
-第二噪声滤波器(HLF)，其具有与音频设备的低泄漏状态匹配的第二固定频率响应，并且被设计为处理噪声信号(n0)；
-组合器(CMB)，其被配置为基于利用第一可调增益因子放大的第一噪声滤波器(HLF)的输出和利用第二可调增益因子放大的第二噪声滤波器(LLF)的输出的组合来提供补偿信号(cm)；以及
-适配引擎(ADP)，其被配置为基于误差噪声信号(nerr)来评估音频设备的泄漏状态，并且基于所评估的泄漏状态来调节第一和第二可调增益因子中的至少一个可调增益因子。


2.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为在所述噪声消除系统的运行期间调节第一和第二可调增益因子中的所述至少一个可调增益因子。


3.根据权利要求1或2所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为基于在一个或更多个不同频率或频率范围下、所述误差噪声信号(nerr)的噪声评价来评估所述泄漏状态。


4.根据权利要求1至3之一所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为基于所述误差噪声信号(nerr)的滤波后的版本来评估所述泄漏状态。


5.根据权利要求1至4之一所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为使用所评估的泄漏状态与所述第一和第二可调增益因子之间的映射函数来调节所述第一和第二可调增益因子，所述映射函数特别是多项式映射函数。


6.根据权利要求1至5之一所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为进一步基于外部输入来调节所述第一和第二可调增益因子，所述外部输入特别是用户输入。


7.根据权利要求1至6之一所述的噪声消除系统，其中，所述组合器(CMB)被进一步配置为基于利用补充可调增益因子放大的组合来提供所述补偿信号(cm)，并且其中，所述适配引擎(ADP)被进一步配置为基于所评估的泄漏状态来调节所述补充可调增益因子。


8.根据权利要求1至7之一所述的噪声消除系统，其中，所述误差噪声信号是由位于所述音频设备的扬声器(SP)附近的反馈噪声麦克风(FB_MIC)记录的反馈噪声信号。


9.根据权利要求1至7之一所述的噪声消除系统，其中，
-所述第一噪声滤波器(HLF)和所述第二噪声滤波器(LLF)均是前馈噪声消除类型；
-所述噪声信号是环境噪声信号，特别是由所述音频设备的环境噪声麦克风(FF_MIC)记录的环境噪声信号；并且
-所述误差噪声信号是反馈噪声信号，特别是由位于所述音频设备的扬声器(SP)附近的反馈噪声麦克风(FB_MIC)记录的反馈噪声信号。


10.根据权利要求9所述的噪声消除系统，其中，所述适配引擎(ADP)被配置为基于在一个或更多个不同频率或频率范围下、所述误差噪声信号与噪声信号之间的比率来评估所述泄漏状态。


11.根据权利要求1至7之一所述的噪声消除系统，其中，
-所述第一噪声滤波器(HLF)和所述第二噪声滤波器(LLF)均为反馈噪声消除类型；并且
-所述噪声信号是误差噪声信号，所述误差噪声信号是反馈噪声信号，特别是由位于所述音频设备的扬声器(SP)附近的反馈噪声麦克风(FB_MIC)记录的反馈噪声信号。
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·麦卡琴，罗伯特·阿尔科克，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT