CN102271299A

CN102271299A - 声音信号处理装置和声音信号处理方法

Info

Publication number: CN102271299A
Application number: CN2011101469022A
Authority: CN
Inventors: 北泽雄司; 浅田宏平; 村田康信; 板桥彻德
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: JP5593852B2; CN102271299B; EP2392938A1; US8976978B2; US20110293107A1; EP2392938B1; JP2011254189A; KR20110132245A

Abstract

本发明公开了声音信号处理装置和声音信号处理方法。一种声音信号处理装置包括声音源方向确定单元和滤波器处理单元。声音源方向确定单元针对多个声道的声音信号、就第一至第n频带的每个频带来确定声音源方向。滤波器处理单元包括被串联连接并被配置为增强或衰减第一至第n频带的声音信号的第一至第n滤波器。第一至第n滤波器分别基于由声音源方向确定单元确定的第一至第n频带的声音源方向来执行增强或衰减。

Description

声音信号处理装置和声音信号处理方法

技术领域

本公开涉及用于获取来自特定声音源方向的声音的声音信号处理装置和声音信号处理方法。

背景技术

日本未实审专利申请公报No.2010-11117和日本未实审专利申请公报No.2007-129383是相关技术的示例。

例如，用于对来自两个麦克风的输入声音形成指向性(directivity)的波束成形技术是已知的。

图10图示出了噪声消除耳机(下面称为NC耳机)的示例。尽管NC耳机100利用左右扬声器101L和101R向用户提供立体声声音，然而为了减少外部噪声，还提供了吸收外部声音的麦克风102L和102R。

NC耳机100例如再现并输出来自便携式媒体播放器等的再现音乐的声音。

简言之，为了消除噪声，由麦克风102L和102R吸收的声音信号的反相分量被生成，与各个音乐信号相组合，并且然后从扬声器101L和101R输出。因此，音乐信号的声音是在在空间上消除了外部噪声的状态中被用户收听的。

这里，考虑将麦克风102L和102R不仅用于消除噪声，而且还用于吸收具有指向性的外部声音。

例如，尽管优选的是用户即使在佩戴着NC耳机100时也可以正常地进行交谈等，然而，例如，如果噪声消除功能被开启，则甚至在该用户面前的人的声音也会被减弱，从而使得难以收听到交谈声音。

因此，例如，当进行交谈等时，提供关闭再现音乐并且关闭噪声消除功能的模式。

然而，如果噪声消除功能被关闭，则周围的噪声与其他人的声音一起在较大程度上被听到。因此，在交通流量大的地方、在飞机内等，难以听见交谈声音等的状态未得到改变。

在这样的情况中，优选地，可以实现交谈声音容易被听见并且周围噪声被抑制的扬声器输出。

如果考虑如图10所示的用户佩戴着NC耳机100并且面向前方，则在大多数情况中可以认为进行交谈的目标的声音来自该用户的前方。此时，如图10所示，当从用户的角度看时，用户将除前方以外的声音源当作应当降低其水平的噪声，同时增强(boost)来自前方的交谈声音。

为了实现此，当临时将所需要的声音源方向设为前方时，可以在吸收声音时利用所谓的波束成形方法来形成指向性。

图11A是图示出波束成形处理的概念图，并且来自左右麦克风102L和102R的声音信号被波束成形处理单元103处理并输出。

最简单的波束成形处理可以是当所需要的指向性是前方或后方时如图11B所示将来自左右麦克风102L和102R的声音信号相加的处理。

在此情况中，对于来自前方或后方的声音，即，来自距麦克风102L和102R相等距离处的声音源的声音，左右声道的声音信号分量的相位彼此匹配，并且通过相加而被增强。由于来自其它方向的声音的声音信号分量的相位偏离左右声道的声音信号分量的相位，因此这些声音信号分量被减弱偏离量那么多。因此，例如具有在前方方向上的指向性的声音信号可以被获得。

同时，波束成形处理本身可以增强前方以外的方向上的声音信号。在此情况中，延迟单元被安装在一侧声道上，结果，到达每个麦克风的相同波阵面之间的时间差可以被吸收，从而使得可以在倾斜方向或横向上实现波束成形。

为了提高波束成形的精度(在此情况中，与增强前方指向性和减少周围噪声具有相同含义)，通常使用图12所示的主要利用带通滤波器的噪声抑制设备，而非如图11B所示的简单设备。

麦克风102L获得的声音信号被麦克风放大器104L放大，并且然后被提供给分别具有中心通带频率fc1、fc2和fc3的带通滤波器121L、122L和123L。在带通滤波器121L、122L和123L中，频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量被提取出。

此外，麦克风102R获得的声音信号被麦克风放大器104R放大，并且然后被提供给分别具有中心通带频率fc1、fc2和fc3的带通滤波器121R、122R和123R，以使得各个频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量被提取出。

同时，具有中心频率fc1的带通滤波器的通带被表示为频带BD1。以相同的方式，具有中心频率fc2和fc3的带通滤波器的通带被表示为频带BD2和BD3。

作为带通滤波器121L和121R的输出的频带BD1的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元124和加法器127。

作为带通滤波器122L和122R的输出的频带BD2的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元125和加法器128。

作为带通滤波器123L和123R的输出的频带BD3的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元126和加法器129。

声音源方向角分析单元124、125和126分别从频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量中确定主导声音的声音源方向。

此后，声音源方向角分析单元124、125和126基于所确定的方向来控制可变增益放大器130、131和132的增益。即，声音源方向角分析单元124、125和126执行控制，以使得当所确定方向是诸如前方等之类的目标方向时使增益增大，并且当所确定方向是其它方向时使增益减小。

L和R声道各自的频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量的每个被加法器127、128和129相加，并且然后被提供给可变增益放大器130、131和132。此后，可变增益放大器130、131和132被如上所述的声音源方向角分析单元124、125和126控制，以使得例如其中来自前方的声音占主导地位的频带被增强，并且其它频带被减弱。增益被调节的(就像对各个频带进行了加权)各个频带BD1、BD2和BD3的输出被加法器133相加，并且成为被执行了波束成形处理的输出声音信号Sout。

当利用这样的噪声抑制设备的波束成形处理单元103被使用时，在如图10所示的状态中交谈声音不会容易地被埋没在噪声中而是可被听见。

此外，作为增强声音并抑制噪声的一种方法，利用以“频谱差”为中心的FFT的方法可被提供作为相关技术中在不利用波束成形方法的情况下分析并组合声音以便移除噪声的代表性方法。

发明内容

如上所述，作为相关技术中分析并组合声音以便移除噪声的代表性方法，提供了分别使用带通滤波器和FFT的两种方法。

使用FFT的方法具有一些缺点。第一个缺点是计算量巨大，第二个缺点是引起不舒服感觉的异样噪声(称为音乐噪声)被生成。

另一方面，在如图12所示的使用带通滤波器的方法中，计算量可被抑制为较小并且原理上不会生成音乐噪声。此外，存在的优点在于可以应对处理的质量和数量的变化而不用进行大的改变。

作为这背后的一个原因，由于FFT例如仅可以处理2ⁿ的样本数，因此计算量是离散的，并且不会因为还具有计算资源而被增加小的量。另一方面，对于带通滤波器，由于单个带通滤波器具有较小单位的计算量，因此存在的优点在于频带的数目容易被增多或减少并且可以根据计算资源来具体设置。因此，认为使用带通滤波器的方法是优选的。

然而，在使用带通滤波器的方法中，存在的问题在于与该处理被执行之前相比，声音质量被降低。

一般地当利用带通滤波器来分析并组合声音时，如下方法被使用：分析由带通滤波器划分出的每个频带的声音数据，并行地对每个频带的声音数据执行处理，并且最后将所有声音数据相组合。

在使用如图12所示的带通滤波器来分析并组合声音的方法中，声音质量比FFT的情况要好。然而，相位旋转是根据带通滤波器来控制并调节的，相加/不相加是根据频带来控制并调节的，或者水平的增大/减小要被控制并调节。因此，当针对各个频带执行相加时，与原始声音源相比相位不能匹配，从而使得被感觉为噪声的声音质量恶化是不可否认的并且成为一个问题。

希望提供用于针对从多个麦克风获得的声音信号在维持声音质量的同时减少噪声，由此提高计算处理效率的信号处理方法(基于波束成形的噪声抑制方法)。

根据本公开一个实施例的声音信号处理装置包括：声音源方向确定单元，该声音源方向确定单元针对例如通过多个麦克风输入或线路输入获得的多个声道的声音信号来确定第一至第n频带的每个频带的声音源方向；以及滤波器处理单元，该滤波器处理单元包括被串联连接并被配置为增强或衰减第一至第n频带的声音信号的第一至第n滤波器。第一至第n滤波器分别基于由声音源方向确定单元确定的第一至第n频带的声音源方向来执行增强或衰减。

此外，声音源方向确定单元可以包括与第一至第n频带相对应的第一至第n声音源方向角分析单元。第一至第n声音源方向角分析单元的每个可以与第一至第n滤波器的每个具有一一对应的关系，并且将对应滤波器视作增强或衰减处理的控制对象。第一至第n声音源方向角分析单元的每个可以在对应频带的声音源方向被确定为预定角度范围中所包括的方向时，允许将被控制的滤波器执行增强处理，并且在对应频带的声音源方向未被确定为预定角度范围中所包括的方向时，允许将被控制的滤波器执行衰减处理。

此外，第一至第n声音源方向角分析单元的每个可以在声音源方向被确定为处于分散状态中时允许将被控制的滤波器执行衰减处理。

此外，第一至第n声音源方向角分析单元的每个可以基于各个声道的声音信号的能量差(energy subtraction)来确定对应频带的声音源方向。

此外，滤波器处理单元中的被串联连接的第一至第n滤波器的每个滤波器可以接收被组合了多个声道的声音信号的声音信号。

此外，滤波器处理单元中的被串联连接的第一至第n滤波器的每个滤波器可以接收多个声道中的一个声道的声音信号。

根据本公开另一实施例的声音信号处理方法可包括：针对多个声道的声音信号来确定第一至第n频带的每个频带的声音源方向；以及向被串联连接并被配置为增强或衰减第一至第n频带的声音信号的第一至第n滤波器输入声音信号，并且基于在声音源方向的确定中所确定的第一至第n频带的声音源方向来分别通过第一至第n滤波器执行增强或衰减。

上述公开是用于在减少噪声的同时维持利用两个或更多个麦克风的装置的声音质量从而提高计算处理效率的信号处理方法(基于波束成形的噪声抑制方法)。

为了补救伴随着噪声减少方法而出现的声音质量恶化，由单个或两个或更多个分离的麦克风获得的声音信号被针对各自的多个频带来划分，并且执行分析(声音源方向确定)以针对各个频带来确定噪声。

此后，在不会出现相位失配的时间轴上利用串行排列的一组滤波器基于声音源方向的分析结果来处理输入声音信号的一个或多个相加值，从而减少噪声。

串行连接的该组滤波器包括能够控制增益的多个频带的增强或衰减滤波器，并且这些滤波器是基于分析结果来控制的。

根据本公开，可以实现针对从多个麦克风获得的声音信号在减少噪声的同时维持声音质量从而提高计算处理效率的声音信号处理。

附图说明

图1是根据本公开实施例的噪声抑制设备的框图；

图2是根据本实施例的MPF特性的说明图；

图3是根据本实施例的声音源方向确定时的样本绘制的说明图；

图4A至4C是根据本实施例的声音源方向确定的说明图；

图5是根据本实施例的基于声音源方向确定的MPF控制的说明图；

图6是根据本实施例的由声音源方向角分析单元执行的处理的流程图；

图7是根据本实施例的适用于NC耳机的示例的说明图；

图8是根据本实施例的NC耳机的框图；

图9是根据另一实施例的噪声抑制设备的框图；

图10是嘈杂条件下的交谈状态的说明图；

图11A和11B是波束成形处理的说明图；以及

图12是根据相关技术的噪声抑制设备的框图。

具体实施方式

下面，将按如下顺序描述本公开的实施例。

1.根据实施例的噪声抑制设备

2.适用于NC耳机的示例

3.适用于各种装置的示例以及修改示例

1.根据实施例的噪声抑制设备

图1示出了作为本公开的声音信号处理装置的实施例的噪声抑制设备1。

噪声抑制设备1以如下方式来获取更适合于噪声环境中的交谈的声音信号：由左右麦克风2L和2R吸收的声音信号被输入，并且例如来自前方(或后方)的声音被增强，而来自其它方向的声音被衰减。

在图1中，由麦克风2L获取的声音信号SmL被麦克风放大器3L放大，并被模数(A/D)转换器4L转换为数字数据。此后，转换为数字数据的声音信号SmL被输入噪声抑制设备1。

此外，由麦克风2R获取的声音信号SmR被麦克风放大器3R放大，并被模数(A/D)转换器4R转换为数字数据。此后，转换为数字数据的声音信号SmR被输入噪声抑制设备1。

噪声抑制设备1被配置为包括声音源方向确定单元1A和滤波器处理单元1B。

声音源方向确定单元1A针对本示例中的第一至第三频带的每个，确定L和R声道的声音信号SmL和SmR的声音源方向。

滤波器处理单元1B包括被配置为增强或衰减第一至第三频带的每个频带的声音信号并且彼此串联连接的第一至第三滤波器(后面将描述的MPF 58、59和60)。

声音源方向确定单元1A包括带通滤波器51L、52L、53L、51R、52R和53R，以及声音源方向角分析单元54、55和56。

带通滤波器51L、52L和53L的中心通带频率分别被设置为fc1、fc2和fc3。为了说明，各自的通带被表示为BD1、BD2和BD3。

此外，带通滤波器51R、52R和53R的中心通带频率分别被设置为中心通带频率fc1、fc2和fc3。各自的通带以相同方式被表示为BD1、BD2和BD3。

左声道的声音信号SmL被输入带通滤波器51L、52L和53L，并且各个频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量被提取出。

此外，右声道的声音信号SmR被输入带通滤波器51R、52R和53R，并且各个频带BD1、BD2和BD3的声音信号分量被提取出。

作为带通滤波器51L和51R的输出的、左右声道的每个的频带BD1的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元54。

作为带通滤波器52L和52R的输出的、左右声道的每个的频带BD2的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元55。

作为带通滤波器53L和53R的输出的、左右声道的每个的频带BD3的声音信号分量被提供给声音源方向角分析单元56。

声音源方向角分析单元54对应于频带BD1，并且确定所提供来的频带BD1的声音信号分量中的主导声音的声音源方向。

声音源方向角分析单元55对应于频带BD2，并且确定所提供来的频带BD2的声音信号分量中的主导声音的声音源方向。

声音源方向角分析单元56对应于频带BD3，并且确定所提供来的频带BD3的声音信号分量中的主导声音的声音源方向。

尽管后面将描述通过声音源方向角分析单元54、55和56确定声音源方向的方法，然而声音源方向角分析单元54、55和56的每个针对对应的频带，基于各个声道的声音信号的能量差来确定声音源方向。

此后，声音源方向角分析单元54、55和56根据所确定的方向利用控制信号SG1、SG2和SG3来控制中期存在滤波器(MPF，Mid Presence Filter)58、59和60，这些滤波器被设置为与声音源方向角分析单元54、55和56具有一一对应的关系。如可从附图中明白的，分别地，MPF 58用作声音源方向角分析单元54的控制对象，MPF 59用作声音源方向角分析单元55的控制对象，并且MPF 60用作声音源方向角分析单元56的控制对象。

滤波器处理单元1B包括加法器57、MPF 58、59和60。MPF 58、59和60作为串联连接的滤波器组。

加法器57将左右声道的声音信号SmL和SmR相加。其中由加法器57组合了左右声道声音信号的声音信号(LR相加信号)被提供给MPF58。

MPF 58、59和60分别增强或衰减对应频带。这里，设置三个MPF的原因在于声音源方向确定单元1A的带通滤波器51L、52L、53L、51R、52R和53R将声音信号SmL和SmR的每个划分为三个频带。

各个MPF 58、59和60的中心通带频率被设置为fc1、fc2和fc3。此外，MPF 58、59和60的每个具有如图2所示的特性，并且针对特定目标频带(以频率fc为中心的频带)执行增益的放大和减小。由MPF 58、59和60中的这种可变增益调节引起的目标频带的增强和衰减是由声音源方向角分析单元54、55和56控制的，如上所述。

即，尽管MPF 58增强和衰减以频率fc1为中心的频带BD1，然而MPF 58对应于带通滤波器51L和51R以及声音源方向角分析单元54。

此外，尽管MPF 59增强和衰减以频率fc2为中心的频带BD2，然而MPF 59对应于带通滤波器52L和52R以及声音源方向角分析单元55。

此外，尽管MPF 60增强和衰减以频率fc3为中心的频带BD3，然而MPF 60对应于带通滤波器53L和53R以及声音源方向角分析单元56。

此后，当噪声抑制设备1将前方(后方)设置为目标方向时，声音源方向被确定为前方(后方)的频带被增强，并且声音源方向被确定为另外的方向的频带被衰减。增强/衰减水平是基于方向角的确定的。

在各个MPF 58、59和60中，声音信号(LR相加信号)是基于声音源方向角分析单元54、55和56的控制而被增强或衰减的。此后，MPF 60的输出就是噪声抑制设备1的输出信号Sout。

将描述声音源方向角分析单元54、55和56的确定处理以及对MPF58、59和60的控制。

图3示出了声音源方向角分析单元54、55和56执行声音源方向/角度确定时的样本值的绘图。

尽管声音信号SmL和SmR的频带BD1、BD2和BD3的分量被输入各个声音源方向角分析单元54、55和56中，然而声音源方向角分析单元54、55和56绘制各个L和R声道的幅度值。

图3的LR平面上的绘图位置表示L和R声道各自的声音信号SmL和SmR的能量差。

首先，目标频带的L/R声道的幅度值的绝对值被绘制在图3的LR平面上，并且该处理在特定时间段期间重复。

例如，作为某一时间点t0处的输入值，如果假设L声道的幅度的绝对值被设为A1并且R声道的幅度的绝对值被设为A2，则该输入值被绘制为如黑圆圈所表示的样本SPt0。顺序地对时间点t1，t2，...的每个执行该处理，并且如图所示那样来绘制样本SPt1，SPt2，...。

如果在某一单位时间期间(例如，被确定为大约0.5到5秒)多个样本SP被绘制，则从原点开始的直线LL利用最小二乘法被获得。即，距所有样本SP的距离的平方之和最小的直线被求得，并且该直线被设为直线LL。

直线LL的角度θ被当作声音源方向的角度。

对于某一频带的声音信号，当角度θ(直线LL)位于该LR平面的中央左右时(在附图中45°左右)，则可以认为对应频带的幅度值之差较小并且可以认为声音源离左边和右边的距离相等。即，前方可被估计为声音源方向。

另一方面，当角度θ(直线LL)向LR平面的纵轴倾斜或者向横轴倾斜时，可以认为该频带的声音的左右幅度值之差较大并且可以认为该声音来自右方向侧或左方向侧。

这里，例如，如图4A至4C中的斜线部分所示，直线LL存在于45°左右时的角度θ的区域被当作中央区域。该中央区域是其中声音源方向被认为是前方(或后方)的区域。另一方面，附图中的右边区域和左边区域分别对应于声音源方向被认为是右侧和左侧的区域。在图4A至4C中，黑圆圈是样本SP的绘制点。

例如，当考虑针对图10描述的状态时，来自另一人的交谈声音的声音源方向可被认为是前方。在此情况中，声音源方向为前方的频带的声音信号分量例如可被估计为交谈声音，即，用户想要听到的声音。另一方面，声音源方向为另外方向的频带的声音信号分量可被估计为噪音，即，希望被减小的声音信号分量。

在此情况中，当如图4A所示角度θ存在于LR平面上的中央区域的范围之内时，该频带被确定为交谈声音(语音声音)。

此外，如图4B所示，当角度θ存在于LR平面上的中央区域以外的区域，即右边区域(或左边区域)中时，该声音来自前方的概率较低，并且该频带的声音被确定为噪音。

同时，存在即使角度θ存在于中央区域中声音也应被确定为噪声的情况。当如图4C所示样本点广泛地分散在LR平面上时，根据最小二乘法的直线LL变为45°左右的斜率并且角度θ被包括在中央区域中。

如上所述的分散度较高的情况是由于周围的反射声音而使得噪音广阔地从多个或所有方向到达的情况。例如，该情况对应于这样的情况：其中，如在飞机机舱中，包括反射声音在内的声音从所有方向被收听到。

这里，当分散度等于或高于预定程度时，即使角度θ被包括在中央区域中，该频带的声音也被确定为噪声。

作为具体示例，如果当利用最小二乘法获得直线LL时距离的平方之和等于或大于特定阈值，则可以确定分散度较大。其原因在于当样本的绘制点集中在中央区域时，从各个样本SP到直线LL的距离的平方之和变得较小，而在图4C所示的情况中，平方之和变得较大。

图5示出了声音源方向角分析单元54、55和56的每个的控制示例。

这里，当声音源方向角分析单元54对频带BD1执行上述分析时，直线LL的角度θ被包括在中央区域中。尽管如上所述声音源方向角分析单元54利用控制信号SG1来控制MPF 58，然而在此情况中，频带BD1的声音在此情况中被确定为目标声音，以使得以频率fc1为中心的频带BD1被MPF 58增强，如图所示。

此外，当声音源方向角分析单元55对频带BD2执行上述分析时，直线LL的角度θ处在中央区域以外的区域中。尽管声音源方向角分析单元55利用控制信号SG2来控制MPF 59，然而频带BD2的声音在此情况中被确定为噪声，以使得以频率fc2为中心的频带BD2被MPF 59衰减，如图所示。

此外，当声音源方向角分析单元56对频带BD3执行上述分析时，直线LL的角度θ被包括在中央区域中。然而，由于样本点的分散度变得等于或大于预定程度，因此频带BD3的声音被确定为噪声。尽管声音源方向角分析单元56利用控制信号SG3来控制MPF 60，然而频带BD3的声音在此情况中被确定为噪声，以使得以频率fc3为中心的频带BD3被MPF 60衰减，如图所示。

MPF 58、59和60的滤波器特性可基于上述对各个频带的声音源方向的确定而可变地被控制，以使得经过MPF 58、59和60处理的输出信号Sout成为来自前方的声音被增强而其它噪声被衰减的声音信号。

上述声音源方向角分析单元54、55和56的处理如图6所示那样来执行。将描述声音源方向角分析单元54的处理。

首先，声音源方向角分析单元54在步骤F101和F102中，在特定的单位时间期间在上述LR平面上绘制将被输入的频带BD1的声音信号SmL和SmR的输入值。

当在该单位时间期间绘制了多个样本点之后，声音源方向角分析单元54前进到步骤F103，利用最小二乘法来获得直线LL，并且然后获取直线LL的角度θ。

在步骤F104中，首先判断角度θ是否被包括在中央区域中。如果角度θ不被包括在中央区域中，则声音源方向角分析单元54前进到步骤F107，并且然后判定对应频带BD1的声音为噪声。此后，声音源方向角分析单元54利用控制信号SG1来使得MPF 58对频带BD1执行衰减处理。

同时，可以认为，在此情况中的衰减量例如是根据此时的角度θ与中央区域的中央角度(例如，45°)之间的差值的衰减量。

另一方面，如果在步骤F104中判定角度θ被包括在中央区域中，则声音源方向角分析单元54前进到步骤F105，并且判断分散状态是否等于或大于特定水平。如上所述，可以判断每个样本与直线LL之间的距离的平方之和是否等于或大于特定阈值。

当分散状态等于或大于特定值时，声音源方向角分析单元54前进到步骤F108，并且判定对应频带BD1的声音为噪声。此后，声音源方向角分析单元54利用控制信号SG1来使得MPF 58对频带BD1执行衰减处理。

同时，在此情况中的衰减量例如可被认为是基于距离的平方之和的值的衰减量。

当判定角度θ被包括在中央区域中并且分散状态不等于或大于特定值时，声音源方向角分析单元54前进到步骤F106，并且判定对应频带BD1的声音为目标声音。此后，声音源方向角分析单元54利用控制信号SG1来使得MPF 58对频带BD1执行增强处理。

同时，在此情况中的增强量例如可被认为是基于此时的角度θ与中央区域的中央角度(例如，45°)之间的差值并且基于分散度的增强量。

即，角度θ越接近45°，增强量越大，并且分散度变得越小，增强量越大。

当在步骤F106、F107和F108中执行了任何控制时，声音源方向角分析单元54在步骤F109中清除所绘制的样本，并且然后返回步骤F101并再次在单位时间期间执行绘制。此后，相同处理被重复。

声音源方向角分析单元54重复地连续地执行上述处理。声音源方向角分析单元55和56执行相同处理。

因此，对于每个单位时间，每个频带的声音源方向被确定，并且基于该确定来控制MPF 58、59和60的滤波器特性。

如从上面的描述可明白的，本示例中的噪声抑制设备1利用带通滤波器51L、52L、53L、51R、52R和53R将输入声音信号SmL和SmR划分为频带BD1、BD2和BD3。然后，利用声音源方向角分析单元54、55和56执行分析以判断各个频带BD1、BD2和BD3的声音信号是否是噪声。另一方面，声音信号SmL和SmR被相加并且被提供给串联连接的MPF58、59和60。MPF 58、59和60的每个的滤波器特性可基于声音源方向角分析单元54、55和56的确定结果来可变地控制。

在此情况中，对声音流的控制是串行滤波器处理，并且与所谓的均衡器具有相同的系统。因此，原理上不会出现由于在上述图12的配置中产生的相位失配而引起的声音质量恶化。因此，可以获得没有声音质量恶化的输出信号Sout。

此外，由于未使用FFT处理，因此计算量可被抑制得较低。

此外，可以根据要使用的资源量来可扩展地设计带通滤波器。这在利用FFT的处理中是难以实现的。

另外，整个系统可被安装为具有很少的延迟，并且可以应用于要求极快响应的领域，尤其是语音通信等。

2.适用于NC耳机的示例

将描述根据上述实施例的噪声抑制设备1被应用于噪声消除耳机10的示例。

图7示意性地示出了在连接到诸如便携式媒体播放器20等之类的音乐再现设备的同时被使用的噪声消除耳机(NC耳机)10。

媒体播放器20再现记录在内部记录介质中的诸如音乐等之类的数据，并且向相连接的NC耳机10输出L和R两个声道的声音信号。

NC耳机10包括耳机单元11和噪声消除单元14。

耳机单元11包括位于与用户的左右耳朵两者相对应的各自的扬声器外壳中的L和R声道的扬声器13L和13R。

在此示例的情况中，根据所谓的前馈方法的噪声消除处理被执行，并且麦克风2L和2R被提供来分别收集左右扬声器外壳的外部声音。

同时，耳机单元11可以不是如该附图所示的具有扬声器外壳的类型，而可以是诸如触耳式耳机型(earphone type)或耳罩型(ear padtype)之类的类型。在本示例的情况中，可以按任何情况来设置麦克风2L和2R。

噪声消除单元14被连接到如上所述那样设置有麦克风2L和2R的耳机单元11。监视器开关43被设置在噪声消除单元14中，以使得用户可以执行监视器模式的开/关操作。

同时，监视器模式在此是指这样的模式，该模式在使得交谈声音等能被成功听到的同时使媒体播放器20中产生的音乐等的输出停止并且使噪声消除功能开启。

噪声消除单元14将从媒体播放器20提供来的诸如再现音乐等之类的声音信号与噪声减少声音信号相混合，以使得从扬声器13L和13R输出减少了外部噪声的声音信号。

简而言之，噪声减少如下这样来执行的。

安装在扬声器外壳上的麦克风2L和2R收集通过扬声器外壳到达用户耳朵的外部噪声。噪声消除单元14基于由麦克风2L和2R收集的外部噪声的声音信号来生成在声学上具有与外部噪声的相位相反的相位的噪声减少声音信号。此后，噪声消除单元14将所生成的噪声减少声音信号与诸如再现音乐等之类的声音信号相组合，并且然后将得到的信号提供给扬声器13L和13R。

因此，由于外部噪声的反相分量被包括在从扬声器13L和13R输出的声音中，因此该反相分量与在空间上通过扬声器外壳实际泄露的外部噪声被抵消掉，从而使得外部噪声分量被减少并且原始再现音乐的输出声音到达用户的听觉处。

噪声消除单元14的内部配置在图8中示出。

噪声消除单元14包括麦克风放大器3L和3R、A/D转换器4L和4R、基于DSP或CPU的主要处理单元33、存储器单元40、功率放大器42L和42R、A/D转换器41L和41R以及监视器开关43。

在主要处理单元33中，设置有噪声消除单元34、增益单元35、加法器36L和36R、噪声抑制设备1、控制单元38、均衡器39以及开关SW1和SW2。

首先，来自媒体播放器20的诸如再现音乐等的声音信号如下这样被处理。

L和R声道的再现声音信号SA-L和SA-R从媒体播放器20被提供作为所谓的耳机输出。

再现声音信号SA-L和SA-R被A/D转换器41L和41R转换为数字信号。然后，均衡器39执行声音质量校正，例如幅度-频率特性校正、相位-频率特性校正或者它们两者。

均衡器39的校正处理是基于来自控制单元38的控制信号被执行的。例如，频率特性的指定等是利用控制信号来执行的。

已由均衡器39校正了其声音质量的再现声音信号SA-L和SA-R分别通过连接到Te端子的开关SW2和SW1被提供给加法器36L和36R。此后，加法器36L和36R将再现声音信号SA-L和SA-R加到噪声减少声音信号中，并且然后得到的信号被提供给功率放大器42L和42R。

功率放大器42L和42R可以由数字放大器构成，并且可以由D/A转换器和模拟放大器构成。

此外，来自功率放大器42L和42R的输出用作与扬声器13L和13R相对应的驱动信号，并且基于再现声音信号SA-L和SA-R从扬声器13L和13R输出声音。

另一方面，上述噪声消除处理如下这样来执行。

由麦克风2L和2R收集的声音信号SmL和SmR被噪声消除单元14的麦克风放大器3L和3R放大，并且然后被A/D转换器4L和4R转换为数字信号。

从A/D转换器4L和4R输出的并被转换为数字信号的声音信号SmL和SmR被提供给噪声消除单元34。噪声消除单元34用作利用前馈方法生成上述噪声减少声音信号的数字滤波器。噪声消除单元34利用由来自控制单元38的控制信号所指示的滤波器系数来对各个声音信号SmL和SmR执行滤波处理，并且然后生成L和R声道的噪声减少声音信号。

所生成的L和R声道的噪声减少声音信号被提供给增益单元35。增益单元35利用由来自控制单元38的控制信号所指示的增益系数，来指派与L和R声道的噪声减少声音信号相对应的增益。

此后，来自增益单元35的L和R声道的噪声减少声音信号分别被加到如上所述被提供给加法器36L和36R的再现声音信号SA-L和SA-R。

基于被加入了噪声减少声音信号的再现声音信号SA-L和SA-R来从扬声器13L和13R输出再现声音，从而施加了如上所述的噪声减少功能。

控制单元38控制整个噪声消除单元。例如，控制单元38利用如上所述的控制信号来控制均衡器39、噪声消除单元34和增益单元35。此外，控制单元38可以向媒体播放器20发送控制信号。此外，控制单元38控制开关SW1和SW2的切换。

存储器单元40存储当控制单元38执行控制处理时所参考的信息。例如，存储器单元40存储与噪声消除单元34和均衡器39等的滤波器系数有关的信息。

本示例的噪声消除单元14还包括具有如在图1中描述的配置的噪声抑制设备1。

从A/D转换器4L和4R输出的并被转换为数字信号的声音信号SmL和SmR被提供给噪声抑制设备1。噪声抑制设备1对所输入的声音信号SmL和SmR执行参考图1至6描述的配置和操作。

因此，从噪声抑制设备1获得这样的输出信号Sout，其中，来自前方的声音作为目标声音(例如，交谈声音等)被增强，并且来自其它方向的声音被衰减。输出信号Sout被提供给开关SW1和SW2的Tn端子。

具体地，在本示例中，当控制单元38检测到用户利用监视器开关43开启监视器模式时，控制单元38执行如下控制。

如果监视器模式被开启，则控制单元38将开关SW1和SW2切换到Tn端子。同时，当监视器模式被关闭时，控制单元38将开关SW1和SW2连接到Te端子，并且再现音乐从扬声器13L和13R被输出。

此外，控制单元38指示媒体播放器20停止再现音乐。因此，媒体播放器20停止再现音乐。

当控制单元38执行上述控制时，噪声抑制设备1的输出信号Sout被提供给加法器36L和36R。

因此，来自增益单元35的噪声减少声音信号和来自噪声抑制设备1的输出信号Sout被加法器36L和36R相加，并且然后得到的信号被提供给功率放大器42L和42R。此后，得到的信号作为声音从扬声器13L和13R输出。

这些声音变为例如如在监视器模式中那样来自前方的交谈声音可清楚地被听见而周围噪声被减弱的扬声器输出声音。

当根据本实施例的噪声抑制设备1如上所述这样被安装在NC耳机10上时，作为监视器模式操作，可清楚地听见交谈声音的扬声器输出可以被实现。

即，当该NC耳机10被使用时，不仅噪声而且人的声音被减弱。然而，通过上述配置，在周围噪声可被减弱的同时，位于与麦克风2L和2R等距的前方处的人的声音不被减弱。因此，可以在佩戴着NC耳机10的同时更愉快地进行交谈。

基于此，在噪声抑制设备1中，对声音流的控制通过如上所述的串行滤波处理来执行，并且由于相位失配导致的声音质量恶化不会发生，从而使得可以在声音质量不恶化的情况下输出声音。

此外，由于低的计算量和利用少的资源的处理，其适合于安装在诸如噪声消除单元14等之类的小的设备上。

另外，整个系统可被安装为具有低的延迟。

对于NC耳机10的监视器模式功能，实际的直接声音和在噪声抑制设备1的处理被执行之后获得的声音在空间上被叠加并且然后到达用户的耳朵。因此，如果处理延迟较大，则声音被听成令人不愉快的回声。然而，由于噪声抑制设备1可以以低的延迟来执行处理，因此可以避免这样的令人不愉快的回声。

3.适用于各种装置的示例以及修改示例

根据本实施例的噪声抑制设备1还可被应用于各种装置。

例如，可以考虑将噪声抑制设备1用于移动电话的传输噪声减少功能。

通过将噪声抑制设备1安装在移动电话的头戴式耳机上，可以在使得从与麦克风等距的用户嘴巴发出的声音不被减弱而周围噪声被减弱的同时将声音发送给对方。

当然，利用个人计算机(PC)或电视接收机执行的语音通信也同样适用。

此外，可以考虑应用于声音识别前端。

当今，用在移动电话或小型个人计算机(PC)中的附带有声音识别功能的“自动翻译”等已达到了日常可用的实用水平，并且下面，可以考虑在外面使用这样的功能。另一方面，当声音在室外被输入时，在许多情况下降低声音识别精度的噪声可能被输入。

因此，例如，如果利用根据本实施例的噪声抑制设备1按照例如将麦克风附接在便携式装置的两端上的方式来执行前端处理，则自动翻译系统将成为使用户满意的系统。

此外，可以考虑作为用于提取语音等的系统的应用。

尽管在上述实施例中描述了作为麦克风输入的应用，然而还可以考虑应用于线路输入或音乐文件。

例如，由于使得嗓音、鼓音等在立体定位上以普通音乐为中心，因此如果根据本实施例的噪声抑制设备1被应用于此，则嗓音和鼓音可被分离开。之后，当然，如果频带被划分，则嗓音和鼓音的分离可被执行。

可以考虑各种各样的本实施例的修改示例。

图9示出了噪声抑制设备1的配置的修改示例。这是一组两个独立系统的串行滤波器被设置在L声道和R声道中的示例。

即，L声道的声音信号SmL被输入MPF 58L、59L和60L的串行滤波器系统中。R声道的声音信号SmR被输入MPF 58R、59R和60R的串行滤波器系统中。

MPF 58L和58R的滤波器特性可以利用基于声音源方向角分析单元54的判定的控制信号SG1来可变地控制。

MPF 59L和59R的滤波器特性可以利用基于声音源方向角分析单元55的判定的控制信号SG2来可变地控制。

MPF 60L和60R的滤波器特性可以利用基于声音源方向角分析单元56的判定的控制信号SG3来可变地控制。

即，该修改示例是这样的配置示例，其中，其操作与图1的配置相同，但是L和R两个声道的输出信号SoutL和SoutR被输出为在处理被执行之后获得的信号。

噪声抑制设备1可被应用于具有这样的配置的各种类型的装置。

此外，虽然未在图中示出，可以考虑对三个或更多个声道的麦克风输入声音执行声音源方向确定。

在这样的情况中，被执行了串行滤波器处理的声音信号可以被组合为单个声道或两个声道，如图8所示。此外，可以以如下方式来获得三个或更多个声道的输出信号Sout：独立地对三个或更多个声道的麦克风输入声音信号的每一个执行串行滤波器处理。

此外，可以考虑当单个串行滤波器系统被提供时，从多个声道的输入声音信号中提供单个声道的声音信号。例如，可以为这样的配置，其中，当如图1所示那样设置了单个串行滤波器系统(MPF 58、59和60)时，仅声音信号SmL被提供给MPF 58、59和60的滤波器组并且输出信号Sout被获得。

此外，根据要安装的装置、目标声音、使用形式等来设置由带通滤波器划分的频带的数目以及单个频带的带宽是合适的。串行连接的MPF的数目基本上是根据由带通滤波器划分的频带的数目来设置的。

此外，尽管在本实施例中描述了增强作为目标声音的来自前方或后方的声音的处理，然而，例如，还可以执行增强作为目标声音的来自右侧的声音并且减弱来自其它方向的声音的处理。例如，当如图4B所示角度θ对应于右边区域时，可以在与目标声音的频带相对应的MPF上执行增强处理，并且可以在角度θ与中央区域和左边区域相对应的频带所对应的MPF上执行衰减处理。

即，目标声音的声音源方向可以利用任意方法来设置。

此外，尽管在如图1所示的实施例中噪声抑制设备1利用A/D转换器4L和4R来执行数字数据处理，然而由MPF 58、59和60执行的滤波处理以及由带通滤波器执行的频带划分也可以利用模拟信号处理来执行。

本公开包含与2010年6月1日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2010-125502中公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用被结合于此。

本领域的技术人员应当明白，可以根据设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims

1.一种声音信号处理装置，包括：

声音源方向确定单元，所述声音源方向确定单元针对多个声道的声音信号来确定第一至第n频带的每个频带的声音源方向；以及

滤波器处理单元，所述滤波器处理单元包括被串联连接并被配置为增强或衰减所述第一至第n频带的声音信号的第一至第n滤波器，

其中，所述第一至第n滤波器分别基于由所述声音源方向确定单元确定的所述第一至第n频带的声音源方向来执行增强或衰减。

2.根据权利要求1所述的声音信号处理装置，

其中，所述声音源方向确定单元包括与所述第一至第n频带相对应的第一至第n声音源方向角分析单元，

其中，所述第一至第n声音源方向角分析单元的每个与所述第一至第n滤波器的每个具有一一对应的关系，并且将对应滤波器视作增强或衰减处理的控制对象，并且

其中，所述第一至第n声音源方向角分析单元的每个在对应频带的声音源方向被确定为预定角度范围中所包括的方向时，使得将被控制的滤波器执行增强处理，并且在所述对应频带的声音源方向被确定为不是所述预定角度范围中所包括的方向时，使得将被控制的滤波器执行衰减处理。

3.根据权利要求2所述的声音信号处理装置，

其中，所述第一至第n声音源方向角分析单元的每个在所述声音源方向被确定为处于分散状态中时使得将被控制的滤波器执行衰减处理。

4.根据权利要求3所述的声音信号处理装置，

其中，所述第一至第n声音源方向角分析单元的每个基于各个声道的声音信号的能量差来针对对应频带确定声音源方向。

5.根据权利要求1所述的声音信号处理装置，

其中，所述滤波器处理单元中的被串联连接的所述第一至第n滤波器的每个滤波器接收被组合了多个声道的声音信号的声音信号。

6.根据权利要求1所述的声音信号处理装置，

其中，所述滤波器处理单元中的被串联连接的所述第一至第n滤波器的每个滤波器接收多个声道中的一个声道的声音信号。

7.一种声音信号处理方法，包括：

针对多个声道的声音信号来确定第一至第n频带的每个频带的声音源方向；以及

向被串联连接并被配置为增强或衰减所述第一至第n频带的声音信号的第一至第n滤波器输入声音信号，并且基于在所述声音源方向的确定中所确定的所述第一至第n频带的声音源方向来分别通过所述第一至第n滤波器执行增强或衰减。