用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法技术方案

一种用于耳戴式播放设备(HP)的音频系统(AS)包括：补偿滤波器(C)，其被配置为通过对音频信号(IN)应用滤波操作来生成第三补偿信号(CS3)；以及误差补偿单元(ECU)，其被配置为基于第三补偿信号(CS3)和来自误差麦克风(FB_MIC)的受干扰的音频信号(E)来生成经补偿的误差信号(EM)。音频系统(AS)还包括：第一噪声滤波器(F)，其被配置为基于经补偿的误差信号(EM)来进行适配；以及检测单元(DET)，其被配置为基于第一噪声滤波器(F)或基于受干扰的音频信号(E)和音频输出信号来估计声学泄漏状况。补偿滤波器(C)被配置为基于声学泄漏状况来进行适配。行适配。行适配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法
[0001]本公开涉及一种音频系统和一种信号处理方法，均用于耳戴式播放设备(例如头戴式耳机)，该耳戴式播放设备包括扬声器。
[0002]如今，包括耳塞的大量头戴式耳机采用增强用户声音体验的技术(诸如噪声消除技术)。例如，此类噪声消除技术被称为有源噪声控制或环境噪声消除，二者都缩写为ANC。ANC通常利用记录环境噪声，该环境噪声被处理以生成抗噪声信号，然后该抗噪声信号与有用的音频信号组合以经由头戴式耳机的扬声器播放。ANC也能够用于其他音频设备，如手机或移动电话。
[0003]各种ANC方法利用反馈(FB)麦克风、前馈(FF)麦克风或者反馈麦克风和前馈麦克风的组合。有效的FF和FB ANC是通过调谐滤波器或通过根据给定的系统声学(例如经由均衡器)调节音频信号来实现的。
[0004]混合噪声消除头戴式耳机是众所周知的。例如，麦克风放置在直接声学耦合到耳膜的空间内，通常靠近头戴式耳机驱动器的前部。这被称为反馈(FB)麦克风。第二麦克风(前馈(FF)麦克风)放置在头戴式耳机的外部，使得该第二麦克风与头戴式耳机驱动器声学解耦。
[0005]为了使每个系统有效工作，头戴式耳机优选对用户的耳朵/头部进行近乎完美的密封，该密封在设备佩戴时不会发生变化，并且对任何用户都是一致的。由于配合不良导致的这种密封的任何变化都将改变声学效果，并最终改变ANC的性能。这种密封通常位于耳垫与用户头部之间，或者位于耳塞的橡胶头与耳道壁之间。
[0006]对于大多数噪声消除头戴式耳机和耳塞，在佩戴时以及针对不同用户都要努力保持一致的配合，以确保头戴式耳机声学效果不会发生变化，并且始终与噪音滤波器有着良好的匹配。然而，当不同的人佩戴时，“泄漏”的耳塞和头戴式耳机(其在耳垫/耳塞与耳朵之间没有形成密封)在声学上会有很大的差异。此外，由于典型的日常头部运动，当耳塞在用户的耳朵中移动时，他们的声学效果可能会有所不同。因此，对于任何泄漏的头戴式耳机或耳塞，需要进行一些调整，以确保滤波器始终与声学效果匹配。
[0007]要实现的目的是提供一种用于根据耳戴式播放设备(如头戴式耳机、耳塞或移动手机)的声学泄漏状况调节有源噪声控制算法的改进构思。
[0008]这个目的通过独立权利要求的主题来实现。改进构思的实施例和改进方案在从属权利要求中限定。
[0009]改进构思基于这样的思想，即在所述耳戴式播放设备的常规使用期间，估计声学泄漏状况的程度，即确定在耳戴式播放设备与用户的耳道之间的声学泄漏的程度。因此，该泄漏状况例如通过经由噪声控制算法去除传输到用户耳道的声音信号的不需要部分而通常用于增强用户的声音体验。所述不需要部分可以是环境噪声，其程度例如取决于声学泄漏的程度。为了在不衰减所需信号(例如音频信号(诸如音乐信号))的情况下实现足够的噪声控制，改进构思还采用补偿滤波器，该滤波器将耳戴式播放设备的驱动器与FB麦克风响应传递函数相匹配，使得可以执行有效的信号去除以获得最佳的噪声控制结果。
[0010]相比之下，目前，用于传统耳塞和头戴式耳机的噪声控制滤波器(诸如前馈滤波器
和反馈滤波器)的调谐仅在ANC设备的生产期间或生产结束时例如通过测量设备的声学特性来执行一次。特别地，在校准过程中，使用一些测量夹具(如人工头)，在人工头的耳道中安装麦克风来进行调谐。包括一些测试声音的播放的测量由某种处理设备进行协调，该处理设备能够是个人计算机等。为了使生产的每个ANC设备达到最佳ANC性能，必须在处理设备的控制下对ANC设备中的每个进行专用测量，这非常耗时，尤其是在需要校准较大体积的ANC设备的情况下。
[0011]在下文中，将解释改进构思，有时将头戴式耳机或耳塞作为播放设备的示例。然而，应当理解，本示例是非限制性的，并且也会被在用户使用期间能够发生不同的声学泄漏状况的其他类型的播放设备的技术人员理解。一般来说，术语“播放设备”应包括所有类型的音频再现设备。
[0012]在根据改进构思的用于耳戴式播放设备(如头戴式耳机、耳塞、移动电话、手机等)的音频系统的实施例中，该系统包括被配置为基于音频输出信号生成扬声器信号的扬声器。该系统还包括被配置为基于环境噪声和扬声器信号生成受干扰的音频信号的误差麦克风。音频系统的另外的麦克风被配置为基于环境噪声生成噪声信号。音频系统还包括第一噪声滤波器，该第一噪声滤波器被配置为通过对噪声信号应用滤波操作来生成第一补偿信号，并且基于经补偿的误差信号进行适配。
[0013]根据改进构思的音频系统还包括第一混合器，该第一混合器被配置为通过叠加音频信号、第一补偿信号和第二补偿信号来生成音频输出信号。音频系统的补偿滤波器被配置为通过对音频信号应用滤波操作来生成第三补偿信号，并基于声学泄漏状况进行适配。第二噪声滤波器被配置为通过对中间补偿信号应用滤波操作来生成第二补偿信号，该中间补偿信号是通过从受干扰的音频信号中减去第三补偿信号来生成的。
[0014]音频系统还包括误差补偿单元，该误差补偿单元被配置为基于受干扰的音频信号和第三补偿信号生成经补偿的误差信号。此外，音频系统还包括检测单元，该检测单元被配置为基于第一噪声滤波器的响应或者基于受干扰的音频信号和音频输出信号来估计声学泄漏状况。
[0015]例如，音频系统的扬声器被设置在播放设备的壳体中，使得第一空间被设置在扬声器的声音发射优先侧。壳体可以具有用于将第一空间耦合到用户耳道空间的开口。壳体还可以包括前通风口，该前通风口覆盖有声学电阻器，并将第一空间耦合到周围环境。由于耳塞与用户耳朵的配合不完美，前部空间还将经由声学泄漏耦合到周围环境。这种声学泄漏因人而异，取决于耳机在特定时间如何放置在耳朵中。误差麦克风例如是反馈误差麦克风，其设置在第一空间内，使其检测来自扬声器的声音输出以及环境声音(即环境噪声)。例如，它靠近开口设置。
[0016]此外，第二空间在壳体内设置在扬声器的背离声音发射优先侧的一侧。第二空间经由壳体的后通风口声学耦合到周围环境，该后通风口也可以覆盖有声学电阻器。另外的麦克风例如可以是前馈麦克风，其例如设置在后部空间的外部(即在壳体的外部)，以便主要感测环境噪声。
[0017]第一噪声滤波器例如是前馈噪声滤波器，并且被配置为通过对来自前馈麦克风的噪声信号进行滤波来生成第一补偿信号。前馈有源噪声控制FF ANC算法经由前馈麦克风检测头戴式耳机外部的环境噪声，经由第一噪声滤波器对其进行处理，并向扬声器提供抗噪
声信号、第一补偿信号，使得抗噪声信号和噪声信号在耳朵的位置发生叠加，以产生噪声消除。具体而言，耳朵和/或误差麦克风的位置处的残余噪声ERR能够通过以下公式表征：
[0018]Err＝AE
‑
AFFM
·
F
·
DE，
[0019]其中，AE是环境到耳朵的声学传递函数，AFFM是环境到FF麦克风的传递函数，F是FF滤波器，DE是驱动器到耳朵的声学传递函数。
[0020]为了最小化残余噪声，有效的FF ANC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】1.一种用于耳戴式播放设备(HP)的音频系统(AS)，所述音频系统包括
‑
扬声器(SP)，其被配置为基于音频输出信号生成扬声器信号(SPS)；
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误差麦克风(FB_MIC)，其被配置为基于环境噪声(NOISE)和扬声器信号(SPS)生成受干扰的音频信号(E)；
‑
另外的麦克风(FF_MIC)，其被配置为基于环境噪声(NOISE)生成噪声信号(N)；
‑
第一噪声滤波器(F)，其被配置为
‑
通过对噪声信号(N)应用滤波操作来生成第一补偿信号(CS1)；以及
‑
基于经补偿的误差信号(EM)来进行适配；
‑
第一混合器(M1)，其被配置为通过叠加音频信号(IN)、第一补偿信号(CS1)和第二补偿信号(CS2)来生成音频输出信号；
‑
补偿滤波器(C)，其被配置为
‑
通过对音频信号(IN)应用滤波操作来生成第三补偿信号(CS3)；以及
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基于声学泄漏状况来进行适配；
‑
第二噪声滤波器(B)，其被配置为通过对中间补偿信号应用滤波操作来生成第二补偿信号(CS2)，所述中间补偿信号通过从受干扰的音频信号(E)中减去第三补偿信号(CS3)来生成；
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误差补偿单元(ECU)，其被配置为基于受干扰的音频信号(E)和第三补偿信号(CS3)来生成经补偿的误差信号(EM)；以及
‑
检测单元(DET)，其被配置为基于第一噪声滤波器(F)或基于受干扰的音频信号(E)和音频输出信号来估计声学泄漏状况。2.根据权利要求1所述的音频系统(AS)，其中，所述补偿滤波器(C)被配置为匹配扬声器(SP)与误差麦克风(FB_MIC)之间的取决于泄漏的驱动器响应。3.根据权利要求1或2所述的音频系统(AS)，其中，所述误差补偿单元(ECU)包括第二混合器(M2)，所述第二混合器被配置为通过从受干扰的音频信号(E)中减去基于第三补偿信号(CS3)的去除信号来生成经补偿的误差信号(EM)。4.根据权利要求3所述的音频系统(AS)，其中，所述误差补偿单元(ECU)还包括滤波器元件(X)，所述滤波器元件被配置为从第三补偿信号(CS3)生成去除信号。5.根据权利要求4所述的音频系统(AS)，其中，为了生成去除信号，所述滤波器元件(X)被配置为对第三补偿信号(CS3)应用滤波操作。6.根据权利要求4或5所述的音频系统(AS)，其中，为了生成去除信号，所述误差补偿单元(ECU)被配置为根据第三补偿信号(CS3)和经补偿的误差信号(EM)来控制滤波器元件(X)的可调增益。7.根据权利要求6所述的音频系统(AS)，其中，所述误差补偿单元(ECU)被配置为通过反馈回路来控制可调增益。8.根据权利要求6或7所述的音频系统(AS)，其中，所述误差补偿单元(ECU)被配置为通过对第三补偿信号(CS3)和经补偿的误差信号(EM)应用误差最小化算法、尤其是最小均方算法来控制可调增益。9.根据权利要求1至8...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：