具有改进的频率分辨率的噪声消除制造技术

本发明专利技术提供了一种具有改进的频率分辨率的噪声消除技术。所述方法包括：从其中存在所述音频信号流的环境获取数字化噪声信号；接收来自所述数字化噪声信号的数据样本；将一个或多个附加样本附加到所述数据样本以形成一系列样本，其中所述一个或多个附加样本中的每一者的量值基本上为零；计算所述一系列样本在频域中的频域表示；使用所述数字处理器电路来使所述一系列样本的所述频域表示在时间上移位，由此产生所述一系列样本的已移位频域表示；将所述一系列样本的所述已移位频域表示转换到时域以形成抗噪声信号的一部分；以及将所述抗噪声信号输出到所述音频信号流中以通过相消干扰来消减所述噪声。干扰来消减所述噪声。干扰来消减所述噪声。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的频率分辨率的噪声消除
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本国际PCT申请要求2020年7月15日提交的美国专利申请号16/929,504和2019年7月17日提交的美国专利申请号16/514,465的优先权。美国专利申请号16/929,504是美国专利申请号16/514,465的继续。上述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及电子和自动噪声消除技术。

技术介绍

[0004]科学家和工程师们已经对电子自动噪声消除(ANC)的问题进行了几十年的研究。波传播的基本物理现象表明，可以产生与噪声信号成180度异相的“抗噪声”波，并且通过相消干扰来完全消除噪声。这对于简单、重复、低频的声音而言是效果相当好的。然而，它对于动态、快速变化的声音或包含较高频率的那些声音而言效果不是很好的。
[0005]傅里叶分析期间的频率分辨率极大地影响主动噪声消除算法中的抗噪声的准确度。这是因为麦克风和扬声器的频率响应在频谱上不是完全均匀的，并且空中衰减的量对于所有频率而言不是均匀的。而且，抗噪声的准确计算取决于估计主噪声的准确程度。为了对主噪声进行良好估计，具有良好频率分辨率是必要的。因此，除了良好频率分辨率，还需要将总频谱划分为小频带，并且分别针对每个单频带调谐抑制因子和相位校正。
[0006]良好频率分辨率意味着频谱中的连续频率之间的短间隙。在傅立叶变换中，在其时间分辨率和频率分辨率之间存在折衷。如果时间分辨率为良好的，则频率分辨率变差，反之亦然。难以找到这两个变量之间的最佳折衷。在数学上，频率分辨率(ΔF)是采样率(Fs)与块中的样本的数量(N)的比率。因此，有两种方式来增加频率分辨率：1)减小采样率，以及2)增加块大小。
[0007]主动噪声消除的基本先决条件之一是，在噪声从输入麦克风行进到抗噪声扬声器之前必须进行总体处理，包括麦克风中的噪声获取、数学分析、抗噪声准备和通过扬声器的抗噪声发射。如果这种情况没有发生，则噪声将在抗噪声叠加在其上之前离开。
[0008]在与耳机或耳塞一样小的设置中，输入麦克风与抗噪声扬声器之间的距离如此小以至于使噪声行进中间距离花费非常短的时间。这使得不可能收集足够的样本以用于良好频率分辨率。因为如果主动噪声消除系统等待足够长的时间以收集良好数量的样本，则抗噪声生成将太迟而不能与主噪声同步。因此，在小设置的情况下，频率分辨率变得太差而不能获得满意的结果。
[0009]本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种具有改进的频率分辨率的噪声消除技术。所述方法包括：从其中存在所述音频信号流的环境获取数字化噪声信号；接收来自所述数字化噪声信号的数据
样本；将一个或多个附加样本附加到所述数据样本以形成一系列样本，其中所述一个或多个附加样本中的每一者的量值基本上为零；计算所述一系列样本在频域中的频域表示；使用所述数字处理器电路来使所述一系列样本的所述频域表示在时间上移位，由此产生所述一系列样本的已移位频域表示；将所述一系列样本的所述已移位频域表示转换到时域以形成抗噪声信号的一部分；以及将所述抗噪声信号输出到所述音频信号流中以通过相消干扰来消减所述噪声。附加到所述数据样本的附加样本的数量取决于所述抗噪声信号的期望频率分辨率。
[0011]在一方面，使用快速傅立叶变换方法来计算所述频域表示。在使所述一系列样本的所述频域表示在时间上移位之后，使用快速傅里叶逆变换方法将所述一系列样本的所述已移位频域表示转换回所述时域。
[0012]在一个实施方案中，使所述频域表示移位一定时间量，所述时间量取决于所述频域表示中的选定频率，并且考虑了与所述噪声信号相关联的传播时间以及与所述数字处理器电路和任何相关联装备的吞吐速度相关联的系统传播时间两者。在一些实施方案中，所述时间上的移位考虑了所述系统的物理部件(例如，麦克风和扬声器)的频率响应。另外，在将所述一系列样本的所述已移位频域表示转换到时域之前，所述频域表示的振幅可被缩放。
[0013]在一些实施方案中，所述频域表示中的一个或多个噪声段被单独地移位。在大多数情况下，所述频域表示包括多个噪声段，并且这些噪声段可被分组到频带中，使得被分组到特定频带中的所述多个噪声段中的每个噪声段可具有应用于所述组或频带的附加时间或振幅改变。
[0014]在另一方面，我们计算量值为一的已移位脉冲响应，并且将每个噪声数据样本的量值乘以所述已移位脉冲响应以节省计算时间和负载。优选地在获取所述数字化噪声信号之前计算并存储所述脉冲响应。
[0015]从本文提供的描述中，进一步的适用领域将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不是旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0016]本文描述的附图仅用于选定实施方案而非所有可能具体实施的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。
[0017]图1是用于在空中系统中提供噪声消减或噪声消除的消声器设备的第一实施方案的框图。
[0018]图2是用于在电信麦克风、电信头戴式耳机、或耳机/耳塞系统中提供噪声消减或噪声消除的消声器设备的第二实施方案的框图。
[0019]图3是用于在信号处理系统中提供噪声消减或噪声消除的消声器设备的第三实施方案的框图；
[0020]图4是用于对机密通信进行加密和解密的消声器设备的第四实施方案的框图。
[0021]图5是用于从电磁传输中清除噪声，并且用于将特定装备特征或通信与电力线的背景噪声分离(例如，用于电力线通信和智能电网应用)的消声器设备的第五实施方案的框图。
[0022]图6是示出对数字处理器电路进行编程以执行消声器设备中使用的核心引擎算法的方式的框图。
[0023]图7是还示出对数字处理器电路进行编程以执行消声器设备中使用的核心引擎算法的方式的流程图。
[0024]图8是示出由图6的核心引擎算法实现的处理技术的信号处理图。
[0025]图9是示出与核心引擎算法结合使用的校准模式的详细信号处理图。
[0026]图10是核心引擎过程图。
[0027]图11是被配置为台式个人静区系统的示例性低功率、单个单元、空中消声器系统。
[0028]图12是被配置为窗户安装单元的示例性低功率、单个单元、空中消声器系统。
[0029]图13是被配置为空气室安装封装的示例性低功率、单个单元、空中消声器系统。
[0030]图14是被配置用于公路噪声消减的示例性高功率、多单元、空中消声器系统。
[0031]图15是被配置以消减车辆中的噪声的示例性高功率、多单元、空中消声器系统。
[0032]图16是被配置以产生用于保护私人谈话不被他人偷听的静锥区的示例性高功率、多单元、空中消声器系统。
[0033]图17是示例性智能电话集成实施方案。
[0034]图18是示例性噪声消除耳机实施方案。
[0035]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在包含被称为噪声信号的不被需要的信号的音频信号流内进行噪声消减的方法，包括：从其中存在所述音频信号流的环境获取数字化噪声信号，其中所述数字化噪声信号包括多个数据样本；由数字处理器电路接收所述数字化噪声信号；对于所述多个数据样本中的每个数据样本，由所述数字处理器电路将一个或多个数据附加到每个数据样本以形成数据集，其中所述一个或多个数据中的每一者的量值为零；由所述数字处理器电路计算所述数据集在频域中的频域表示；使用所述数字处理器电路来使所述数据集的所述频域表示在时间上移位，由此产生所述数据集的已移位频域表示；将所述数据集的所述已移位频域表示转换到时域以形成抗噪声信号的一部分；以及将所述抗噪声信号输出到所述音频信号流中以通过相消干扰来消减所述噪声。2.根据权利要求1所述的方法，其中附加到所述数据样本的一个或多个数据的数量取决于所述抗噪声信号的期望频率分辨率。3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述数据集的所述频域表示移位以及转换所述已移位频域表示还包括计算量值为一的脉冲的傅立叶变换，使所述脉冲响应在所述频域中移位，计算所述已移位脉冲响应的逆傅立叶变换，以及在所述时域中将所述数据样本的所述量值乘以所述已移位脉冲响应的所述量值。4.根据权利要求3所述的方法，还包括在计算所述傅立叶变换之前将零附加到所述脉冲。5.根据权利要求3所述的方法，还包括使所述脉冲响应移位一定时间量，所述时间量考虑了与所述噪声信号相关联的传播时间以及与所述数字处理器电路和任何相关联装备的吞吐速度相关联的系统传播时间两者。6.根据权利要求3所述的方法，还包括在获取所述数字化噪声信号之前计算并存储所述脉冲响应。7.根据权利要求1所述的方法，还包括使用快速傅里叶变换方法来计算所述频域表示；以及使用快速傅里叶逆变换方法将所述数据集的所述已移位频域表示转换到时域。8.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述频域表示移位一定时间量，所述时间量取决于所述频域表示中的选定频率，并且考虑了与所述噪声信号相关联的传播时间以及与所述数字处理器电路和任何相关联装备的吞吐速度相关联的系统传播时间两者。9.根据权利要求8所述的方法，还包括使所述频域表示移位与被计算为所述选定频率的倒数的一半的相移时间相对应的量。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述数据集的所述已移位频域表示转换到时域之前对所述频域表示进行振幅缩放。11.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述频域表示中的一个或多个噪声段单独地移位，其中所述频域表示包括多个噪声段，并且所述多个噪声段中的每个噪声段与一个不同频带相关。12.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述抗噪声信号转换成模拟信号，并且通过将所述抗噪声信号与所述音频信号流内的原始噪声混合来将所述抗噪声信号输出到所述
音频信号流中。13.根据权利要求12所述的方法，还包括通过使用设置在所述信号流内的放大扩音器或其他换能器来将所述抗噪声信号与所述音频信号流内的所述原始噪声混合。14.根据权利要求1所述的方法，还包括使用耦接到模数转换器的至少一个麦克风来捕获所述音频信号流内的所述噪声信号以产生所获取的数字化噪声信号。15.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述抗噪声信号输出到所述音频信号流中之后，通过对所述音频信号流进行采样来获取反馈信号；以及使用所述数字处理器电路来处理所述反馈信号以调整所述抗噪声信号的振幅或相位，从而增强所述噪声信号的消减。16.一种在包含被称为噪声信号的不被需要的信号的音频信号流内进行噪声消减的方法，包括：从其中存在所述音频信号流的环境获取数字化噪声信号，其中所述数字化噪声信号包括多个数据样本；由数字处理器电路接收所述数字化噪声信号；对于所述多个数据样本中的每个数据样本，由所述数字处理器电路将一个或多个数据附加到每个数据样本以形成数据集，其中所述一个或多个数据中的每一者的量值为零；由所述数字处理器电路计算所述数据集在频域中的频域表示，其中所述频域表示包括多个噪声段，并且所述多个噪声段中的每个噪声段与一个不同频带相关；使用所述数字处理器电路来使一个或多个噪声段在时间上单独地移位；组合所述多个噪声段以形成复合抗噪声信号；以及将所述复合抗噪声信号输出到所述音频信号流中以通过相消干扰来消减所述噪声。17.根据权利要求16所述的方法，其中附加到所述数据样本的一个或多个数据的数量取决于所述抗噪声信号的期望频率分辨率。18.根据权利要求16所述的方法，其中计算所述数据集的所述频域表示并且使一个或多个噪声段单独地移位还包括计算量值为一的脉冲的傅立叶变换，使所述脉冲响应在所述频域中移位，计算所述已移位脉冲响应的逆傅立叶变换，以及在所述时域中将所述数据样本的所述量值乘以所述已移位脉冲响应的所述量值。19.根据权利要求18所述的方法，还包括在计算所述傅立叶变换之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤金，
申请(专利权)人：消音器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：