CN104038868A - 抗噪耳罩装置及其声音处理方法 - Google Patents

Abstract

一种抗噪耳罩装置及其声音处理方法在此揭露。抗噪耳罩装置包含收音模块和控制模块。收音模块用以接收声音信号。控制模块电性耦接收音模块。控制模块用以将收音模块于第一期间接收的声音信号至第N期间接收的声音信号储存为音频数据，并且将收音模块于第(N+1)期间接收的声音信号与音频数据比较以产生关联值，N为大于零的整数。当关联值小于门槛值时，控制模块将第(N+1)期间接收的声音信号滤除与音频数据相关联部分。

Description

抗噪耳罩装置及其声音处理方法

技术领域

本发明是关于一种抗噪耳罩装置，且特别是有关于一种可适性消除噪音的抗噪耳罩装置。

背景技术

传统的抗噪耳罩装置通常是将声音完全隔绝于抗噪耳罩装置之外。虽然这样可以让使用者完全听不到噪音，却也会让使用者听不到其它的声音。然而，在一些场合下，若将接收到的声音完全隔绝可能会导致发生意外。例如，在工地场所中，虽然戴上传统的抗噪耳罩装置可以避免噪音的影响，却也可能导致发生紧急的情况时，使用者却无法听到即时的警示声音，以致于发生意外。

另一方面，传统的抗噪耳罩装置在隔绝噪音时并无法同时让使用者与其他人进行交谈。由于传统的抗噪耳罩装置在使用上有很多限制以及不便，因此传统的抗噪耳罩装置已经有所改良。透过在改良的抗噪耳罩装置的内部预先建立一些噪音数据，当使用者戴上改良的抗噪耳罩装置时，所述抗噪耳罩装置可以滤除掉其内建噪音数据的噪音信号，使得使用者在听不见噪音的情况下，仍可听到其它声音。

然而，改良的抗噪耳罩装置仍有使用上的限制。例如，使用者在使用抗噪耳罩装置时仍得在其内部先建立噪音数据才可滤除噪音信号。另外，其建立的噪音数据并不适用于每一个环境。换言之，其抗噪耳罩装置仅能适用于某些特定场合，当使用者位于的环境改变时，所述耳罩装置抵销噪音的能力即不适用。例如：在飞机上使用的抗噪耳罩装置其内部是建立一些飞机引擎的噪音数据，但在工地场合或是其它吵杂的环境其内建飞机引擎的噪音数据的抗噪耳罩装置即不适用。因此，改良式的抗噪耳罩装置仍有使用上的不便以及限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明揭示一种抗噪耳罩装置及其声音处理方法，透过比较过去接收的声音信号与当下接收的声音信号产生关联值，并且根据关联值是否大于门槛值判断当下接收的声音信号是否为背景声音。借此，抗噪耳罩装置可在任何场合下有效地滤除噪音信号。

本揭示内容的一方面是关于一种抗噪耳罩装置。抗噪耳罩装置包含收音模块和控制模块。收音模块用以接收声音信号。控制模块电性耦接收音模块。控制模块用以将收音模块于第一期间接收的声音信号至第N期间接收的声音信号储存为音频数据，并且将收音模块于第(N+1)期间接收的声音信号与音频数据比较以产生关联值，N为大于零的整数。当关联值小于门槛值时，控制模块将第(N+1)期间接收的声音信号滤除与音频数据相关联部分。

根据本发明一实施例，当所述关联值大于等于所述门槛值时，所述控制模块将所述第(N+1)期间接收的所述声音信号加入所述音频数据。

根据本发明一实施例，当所述关联值大于等于所述门槛值时，所述控制模块剔除所述音频数据中所述收音模块于时序最早时接收的所述声音信号。

根据本发明一实施例，所述控制模块包含储存单元和数字信号处理单元。数字信号处理单元电性耦接储存单元。数字信号处理单元用以将所述收音模块接收的所述声音信号进行声音特征分析以得到所述声音信号的声音特征。另外，数字信号处理单元将所述收音模块于所述第一期间接收的所述声音信号的声音特征至所述第N期间接收的所述声音信号的声音特征储存为所述音频数据并将所述音频数据储存于储存单元中。数字信号处理单元将所述收音模块于所述第(N+1)期间接收的所述声音信号的声音特征与所述音频数据比较以产生所述关联值。

根据本发明一实施例，所述控制模块还包含声音滤除单元。声音滤除单元电性耦接所述数字信号处理单元。声音滤除单元用以产生与所述音频数据中的声音信号反相的除噪数据，并且将除噪数据根据比例叠加至所述第(N+1)声音信号借以将所述第(N+1)期间接收的所述声音信号滤除与所述音频数据相关联部分。

根据本发明一实施例，所述抗噪耳罩装置还包含输出模块。输出模块电性耦接所述控制模块。输出模块用以输出已滤除与所述音频数据相关联部分的所述声音信号。

本揭示内容的另一方面是关于一种声音处理方法用以处理接收的声音信号。所述声音处理方法包含：将第一期间接收的声音信号至第N期间接收的声音信号储存为音频数据，N为大于零的整数；比较第(N+1)期间接收的声音信号和音频数据以产生关联值；当关联值小于门槛值时，滤除第(N+1)期间接收的声音信号与音频数据相关联部分。

根据本发明一实施例，所述声音处理方法还包含：当所述关联值大于等于所述门槛值时，加入所述第(N+1)期间接收的所述声音信号至所述音频数据。

根据本发明一实施例，当所述关联值大于等于所述门槛值时，还包含：剔除所述音频数据中时序最早时接收的所述声音信号。

根据本发明一实施例，滤除第(N+1)期间接收的所述声音信号与所述音频数据相关联部分包含：产生与所述音频数据中的声音信号反相的除噪数据；根据比例叠加所述除噪数据至所述第(N+1)期间接收的所述声音信号。

综上所述，透过比较过去接收的声音信号与当下接收的声音信号产生关联值，并且根据关联值是否大于门槛值判断当下接收的声音信号是否为背景声音。若判断当下接收的声音信号为背景声音(关联值大于等于门槛值时)，则更新过去接收的声音信号。因此，本发明揭示的抗噪耳罩装置并不需要根据不同的环境储存相应的噪音数据，且其使用并不会被特定的环境所限制。换言之，使用者可在不同的环境下将噪音隔绝于抗噪耳罩装置之外。另外，若判断当下接收的声音信号包含为背景声音之外的其它声音信号(关联值小于门槛值时)，则将当下接收的声音信号滤除掉背景声音的部分再将所述声音信号输出给使用者。借此，使用者在隔绝背景噪音时，仍可接收到即时的重要声音信号，例如警示声、人声等等，使得抗噪耳罩装置的使用更具有弹性以及安全性。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是根据本发明一实施例绘示的一种抗噪耳罩装置的方块示意图；

图2是根据本发明另一实施例绘示的一种抗噪耳罩装置的方块示意图；以及

图3是根据本发明一实施例绘示的一种声音处理方法的流程图。

具体实施方式

请参照图1，图1是根据本发明一实施例绘示的一种抗噪耳罩装置100的方块示意图。抗噪耳罩装置100包含收音模块110和控制模块120。收音模块110用以接收外部的声音信号AUXin。在一实施例中，收音模块110可包含至少一个麦克风(未绘示于图中)设置于抗噪耳罩装置100，借此抗噪耳罩装置100可接收来自于抗噪耳罩装置100四周的环境声音信号。

控制模块120电性耦接收音模块110，并且用以根据收音模块110接收的声音信号AUXin进行分析和比较，借此判断收音模块110当下接收的声音信号AUXin是否为环境的噪音信号。具体来说，控制模块120可将收音模块110接收的声音信号AUXin根据其接收的时序分成不同期间的声音信号AUXin。在一实施例中，控制模块120可将收音模块110于第一时期至第N时期接收的声音信号AUXin分成第一声音信号至第N声音信号，其中N为大于零的整数，以及每一期间的时间单位皆相同。

接着，控制模块120可将第一声音信号至第N声音信号储存为音频数据。音频数据用以作为判断收音模块110接收的声音信号AUXin是否为背景声音的依据。具体来说，由于抗噪耳罩装置100启动时，收音模块110于初始期间接收的声音信号AUXin很有可能为背景声音，因此，控制模块120可将初始期间(例如：第一期间至第N期间)收音模块110接收的声音信号AUXin作为背景声音的依据，并将所述声音信号AUXin储存为音频数据。

然后，控制模块120可将收音模块110于当下接收的声音信号AUXin(例如：第(N+1)时期接收的第(N+1)声音信号)与音频数据比较以产生关联值，并根据关联值是否小于预设的门槛值来判断第(N+1)声音信号是否为背景声音。

当关联值小于门槛值时，代表着当下的声音信号AUXin与音频数据中的声音信号(亦即，第一声音信号至第N声音信号)关联很小；换言之，第(N+1)声音信号可能包含除了音频数据中的声音信号外的其它声音信号，而所述其它声音可能为即时的警示声、人声等等。因此，当关联值小于门槛值时，控制模块120即判断第(N+1)声音信号包含使用者需要听到的声音信号，并且将第(N+1)声音信号滤除掉与音频数据相关联的部分。由于背景声音持续存在于抗噪耳罩装置100四周，因此控制模块120可将第(N+1)声音信号滤除掉背景声音后再透过扬声器(未绘示于图中)等输出装置输出给使用者。

当关联值大于等于门槛值时，代表着当下的声音信号与音频数据中的声音信号(亦即，第一声音信号至第N声音信号)有很大的关联；换言之，第(N+1)声音信号与前N笔声音信号相比并未具有太大的变化。因此，当关联值大于等于门槛值时，控制模块120即判断第(N+1)声音信号仍为背景声音。

在一实施例中，当控制模块120判断当下的声音信号(例如：第(N+1)声音信号)为背景声音时，控制模块120可将第(N+1)声音信号加入音频数据。另外，控制模块120还可将音频数据中于最早时序接收的声音信号(在本实施例中为第一声音信号)剔除，借此更新作为背景声音依据的音频数据。接着，若收音模块110于第(N+2)时期接收第(N+2)声音信号，则控制模块120即将第(N+2)声音信号与更新后的音频数据比较以产生关联值，借此判断第(N+2)声音信号是否为背景声音。

举例来说，若储存为音频数据的声音信号的数量为50(亦即，N为50)，且每一期间的单位时间为10毫秒(ms)。当抗噪耳罩装置100启动时，控制模块120可将收音模块110于初始500毫秒内接收的50笔声音信号储存为音频数据，接着控制模块120将第501毫秒至第510毫秒接收的声音信号(第51笔声音信号)与音频数据内的50笔声音信号比较和计算以产生关联值。

当关联值小于门槛值时，控制模块120将第51笔声音信号与音频数据内的50笔声音信号相关联的部分剔除。当关联值大于等于门槛值时，控制模块120则是将第51笔声音信号储存为音频数据，并且将音频数据中的第1笔声音信号剔除：亦即，更新后的音频数据包含第2笔声音信号至第51声音信号(即第11毫秒至第510毫秒期间接收的声音信号)。

因此，透过抗噪耳罩装置100，使用者可适应性地过滤掉背景声音(例如噪音)，并且接收到重要的即时声音(例如警示声、人声)，且抗噪耳罩装置100并不会受环境影响限制其可滤除噪音的类型。

请参照图2，图2是根据本发明另一实施例绘示的一种抗噪耳罩装置200的方块示意图。抗噪耳罩装置200包含收音模块110、控制模块210和输出模块220。在一实施例中，控制模块210可包含储存单元211和数字信号处理单元212，其中数字信号处理单元212电性耦接储存单元211。输出模块220电性耦接控制模块210，且用以输出已滤除背景声音的声音信号AUXout。

具体来说，储存单元211用以储存音频数据。数字信号处理单元212用以将收音模块110接收的声音信号进行声音特征分析以取得接收的声音信号的声音特征。在一实施例中，数字信号处理单元212可将收音模块110接收的声音信号进行频谱分析以得到其声音信号的频谱数据，所述频谱数据可包含其声音信号在每个频率时的振幅及其相位。进一步来说，频谱分析可透过傅立叶转换(Fourier transform)将原本是时域(Time domain)的声音信号转换成频域(Frequency domain)的信号，借以得到其声音信号的频谱数据。

具体来说，数字信号处理单元212可将收音模块110接收的声音信号透过傅立叶转换取得其频谱数据。接着，数字信号处理单元212可将第一时期接收的第一声音信号的频谱数据至第N时期接收的第N声音信号的频谱数据储存为音频数据，然后将第(N+1)期间接收的第(N+1)声音信号的频谱数据与音频数据中的频谱数据进行比对(例如：比对每个声音信号在每一个频率的振幅和相位)。然后，数字信号处理单元212将第(N+1)声音信号与音频数据中的N个声音信号分别比较并产生N个相似值，并且将每个相似值根据一权重加总计算以产生关联值。

接着，数字信号处理单元212将关联值与门槛值比较以判断当下的声音信号是否为背景声音。门槛值的大小可根据使用者的需求设定，借此抗噪耳罩装置200可根据环境的不同调整滤除背景噪音的程度。

在一实施例中，控制模块210还可包含声音滤除单元213。声音滤除单元213电性耦接数字信号处理单元212。声音滤除单元213用以产生与音频数据反相的除噪数据，并且将除噪数据根据一比例叠加至当下接收的声音信号(例如：第(N+1)声音信号)，使得第(N+1)声音信号可滤除与音频数据相关联部分。

具体来说，声音滤除单元213可产生与音频数据中N个声音信号反相的波形的除噪数据，因此当声音滤除单元213将除噪数据叠加至第(N+1)声音信号时，可以抵销掉第(N+1)声音信号中具有音频数据相关联的部分。其中使用者可根据一比例调整产生的除噪数据中的信号的振幅，借此调整滤除背景噪音的程度。

在一实施例中，输出模块220可包含放大单元221。放大单元221用以将接收的声音信号根据一比例放大并且将放大的声音信号输出给使用者。在一实施例中，输出模块220可包含扬声器。

请参照图3，图3是根据本发明一实施例绘示的一种声音处理方法300的流程图。为了方便及清楚说明，以下声音处理方法300以图2所示的抗噪耳罩装置200为例，但其并非用以限制本发明。

首先，透过收音模块110接收声音信号。接着，在步骤S310中，透过数字信号处理单元212将收音模块110于第一时期至第N时期接收的第一声音信号至第N声音信号储存为音频数据，并且将音频数据储存于储存单元211，N为大于零的整数。

进一步来说，数字信号处理单元212在收音模块110接收到声音信号时，会将接收的声音信号进行声音特征分析(例如：频谱分析)以得到其声音信号的声音特征(例如：频谱数据)，并且将第一声音信号的声音特征至第N声音信号的声音特征储存为音频数据。

然后，在步骤S320中，透过数字信号处理单元212比较收音模块110于当下接收的声音信号(例如：第(N+1)期间接收的第(N+1)声音信号)的声音特征和音频数据中每个声音信号的声音特征以产生一关联值。接着，在步骤S330中，判断关联值是否小于门槛值。当关联值小于门槛值时，即判断第(N+1)声音信号中包含与背景声音相异的声音信号，此时进行步骤S340，透过声音滤除单元213滤除掉第(N+1)声音信号与音频数据相关联部分，然后透过输出模块220输出已滤除音频数据相关联部分的第(N+1)声音信号给使用者。

在一操作中，可透过声音滤除单元213产生与音频数据中的声音信号的反相波形的除噪数据，然后根据一比例叠加除噪数据至第(N+1)声音信号，借此滤除掉第(N+1)声音信号与音频数据相关联部分。

另外，当关联值大于等于门槛值时，即判断第(N+1)声音信号为背景声音，此时进行步骤S350，透过数字信号处理单元212将第(N+1)声音信号加入至音频数据。接着，在步骤S360中，透过数字信号处理单元212剔除音频数据中时序最早时接收的声音信号(在此时为第一声音信号)。换句话说，透过步骤S350至步骤S360完成更新音频数据中的声音信号的流程。由于当关联值大于等于门槛值时，数字信号处理单元212已判断当下接收的声音信号为背景声音，因此并不会透过输出模块220输出第(N+1)声音信号。

由上述本发明的实施例可知，本发明揭示的抗噪耳罩装置透过比较过去接收的声音信号与当下接收的声音信号产生关联值，并且根据关联值是否大于门槛值判断当下接收的声音信号是否为背景声音。若判断当下接收的声音信号为背景声音(关联值大于等于门槛值时)，则更新过去接收的声音信号。因此，本发明揭示的抗噪耳罩装置并不需要根据不同的环境储存相应的噪音数据，且其使用并不会被特定的环境所限制。换言之，使用者可在不同的环境下将噪音隔绝于抗噪耳罩装置之外。另外，若判断当下接收的声音信号包含为背景声音之外的其它声音信号(关联值小于门槛值时)，则将当下接收的声音信号滤除掉背景声音的部分再将所述声音信号输出给使用者。借此，使用者在隔绝背景噪音时，仍可接收到即时的重要声音信号，例如警示声、人声等等，使得抗噪耳罩装置的使用更具有弹性以及安全性。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种抗噪耳罩装置，其特征在于，包含：

一收音模块，用以接收一声音信号；以及

一控制模块，电性耦接该收音模块，用以将该收音模块于一第一期间接收的该声音信号至一第N期间接收的该声音信号储存为一音频数据，并且将该收音模块于一第(N+1)期间接收的该声音信号与该音频数据比较以产生一关联值，N为大于零的整数；

其中当该关联值小于一门槛值时，该控制模块将该第(N+1)期间接收的该声音信号滤除与该音频数据相关联部分。

2.根据权利要求1所述的抗噪耳罩装置，其特征在于，当该关联值大于等于该门槛值时，该控制模块将该第(N+1)期间接收的该声音信号加入该音频数据。

3.根据权利要求2所述的抗噪耳罩装置，其特征在于，当该关联值大于等于该门槛值时，该控制模块剔除该音频数据中该收音模块于时序最早时接收的该声音信号。

4.根据权利要求1所述的抗噪耳罩装置，其特征在于，该控制模块包含：

一储存单元；以及

一数字信号处理单元，电性耦接该储存单元，用以将该收音模块接收的该声音信号进行声音特征分析以得到该声音信号的声音特征；

其中该数字信号处理单元将该收音模块于该第一期间接收的该声音信号的声音特征至该第N期间接收的该声音信号的声音特征储存为该音频数据并将该音频数据储存于该储存单元中，且该数字信号处理单元将该收音模块于该第(N+1)期间接收的该声音信号的声音特征与该音频数据比较以产生该关联值。

5.根据权利要求4所述的抗噪耳罩装置，其特征在于，该控制模块还包含一声音滤除单元，电性耦接该数字信号处理单元，用以产生与该音频数据中的声音信号的反相波形的一除噪数据，并且将该除噪数据根据一比例叠加至该第(N+1)声音信号借以将该第(N+1)期间接收的该声音信号滤除与该音频数据相关联部分。

6.根据权利要求1所述的抗噪耳罩装置，其特征在于，还包含一输出模块，电性耦接该控制模块，用以输出已滤除与该音频数据相关联部分的该声音信号。

7.一种声音处理方法，其特征在于，用以处理接收的一声音信号，包含：

将一第一期间接收的声音信号至一第N期间接收的声音信号储存为一音频数据，N为大于零的整数；

比较一第(N+1)期间接收的声音信号和该音频数据以产生一关联值；以及

当该关联值小于一门槛值时，滤除该第(N+1)期间接收的该声音信号与该音频数据相关联部分。

8.根据权利要求7所述的声音处理方法，其特征在于，包含：

当该关联值大于等于该门槛值时，加入该第(N+1)期间接收的该声音信号至该音频数据。

9.根据权利要求8所述的声音处理方法，其特征在于，当该关联值大于等于该门槛值时，还包含：

剔除该音频数据中时序最早时接收的该声音信号。

10.根据权利要求7所述的声音处理方法，其特征在于，滤除该第(N+1)声音信号与该音频数据相关联部分包含：

产生与该音频数据中的声音信号的反相波形的一除噪数据；以及

根据一比例叠加该除噪数据至该第(N+1)期间接收的声音信号。