CN105979415B

CN105979415B - 一种自适应调节降噪增益的降噪方法、装置及降噪耳机

Info

Publication number: CN105979415B
Application number: CN201610373999.3A
Authority: CN
Inventors: 罗育培; 张金; 林凯钊
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2019-04-12
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: CN105979415A; WO2017206488A1; US20190174222A1

Abstract

本发明公开了一种自适应调节降噪增益的降噪方法、装置及降噪耳机，该方法包括：接收安装在耳机听筒上的麦克风采集到的语音信号，作为噪声信号；根据噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；设置与当前噪声等级对应的当前降噪增益值；按照当前降噪增益值，对噪声信号进行降噪处理。本发明通过根据外界环境的当前噪声等级，设置与当前噪声等级对应的降噪增益值，这使得降噪耳机能够自适应调节降噪增益，有效提升用户体验。

Description

一种自适应调节降噪增益的降噪方法、装置及降噪耳机

技术领域

本发明涉及耳机降噪领域，更具体地，本发明涉及一种自适应调节降噪增益的降噪方法、装置及降噪耳机。

背景技术

现有主动降噪耳机是通过降噪系统产生与外界噪声相等的反相声波，并利用该反相声波去中和耳朵听到的语音信号中的噪声，从而实现降噪的效果，其原理为：先由安置于耳机内的讯号麦克风侦测耳朵能够听到的环境中的噪声，再将噪声讯号传至控制电路，控制电路进行实时运算，通过扬声器发射与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵挡噪声，使得噪声消失。

现有主动降噪耳机有三种类型，第一种类型的主动降噪耳机通过手动开启降噪开关实现降噪，且降噪增益固定；第二种类型的主动降噪耳机通过触摸按键调节降噪增益；第三种类型的主动降噪耳机通过手机端降噪APP调节降噪增益。

对于第一种类型的主动降噪耳机，都必须通过手动去实现降噪功能，对于在不同的场景，不同的环境噪声下，降噪效果是不变的，长期配戴会对耳膜有强烈的压迫感，并且功耗一直较大，不利于长时间待机，不节能。

对于第二种类型的主动降噪耳机，已经实现了降噪增益可调，解决了功耗和配戴的舒适性问题，但必须通过耳机触摸按键来实现调节，容易产生误操作，实际体验效果不佳。

对于第三种类型的主动降噪耳机，也已经实现了降噪增益可调，解决了功耗和配戴的舒适性问题，但必须在手机端进入APP来滑动调节降噪效果，调节本身不能离开手机，对于不同的手机必须安装APP，才能实现降噪可调功能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种降噪增益智能可调的降噪耳机的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种自适应调节降噪增益的降噪方法，包括：

接收安装在耳机听筒上的麦克风采集到的语音信号，作为噪声信号；

根据所述噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；

设置与所述当前噪声等级对应的当前降噪增益值；

按照所述当前降噪增益值，对所述噪声信号进行降噪处理。

可选的，所述根据所述噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级包括：

将所述噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，得到比较结果；

根据所述比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

可选的，所述方法还包括：

根据所述当前噪声等级判断是否进行降噪处理，如是，再设置与所述当前噪声等级对应的降噪增益值。

可选的，所述设置与所述当前噪声等级对应的当前降噪增益包括：

查找反映噪声等级与降噪增益值之间对应关系的对照表，确定对应所述当前噪声等级的降噪增益值；

设置所述当前降噪增益值等于确定的所述降噪增益值。

根据本发明的第二方面，提供了一种自适应调节降噪增益的降噪装置，包括：

接收模块，用于接收安装在耳机听筒上的麦克风采集到的语音信号，作为噪声信号；

等级确定模块，用于根据所述噪声信号的声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；

设置模块，用于设置与所述当前噪声等级对应的当前降噪增益值；

降噪处理模块，用于按照所述当前降噪增益值，对所述噪声信号进行降噪处理。

可选的，所述等级确定模块包括：

比较单元，用于将所述噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，得到比较结果；

确定单元，用于根据所述比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

可选的，所述装置还包括：

判断模块，用于根据所述当前噪声等级判断是否进行降噪处理。

可选的，所述设置模块包括：

查找单元，用于查找反映噪声等级与降噪增益值之间对应关系的对照表，确定对应所述当前噪声等级的降噪增益值；

设置单元，用于设置所述当前降噪增益值等于确定的所述降噪增益值。

根据本发明的第三方面，提供了一种降噪耳机，包括上述自适应调节降噪增益的降噪装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种降噪耳机，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行上述自适应调节降噪增益的降噪方法。

本发明的发明人发现，在现有技术中，存在无法自适应调节主动降噪耳机降噪增益的问题。而在本发明的实施例中，通过根据外界环境的当前噪声等级，设置与当前噪声等级对应的降噪增益值，这使得降噪耳机能够自适应调节降噪增益，有效提升用户体验。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一种智能调节降噪增益的方法的一种实施方式的流程图；

图2是根据本发明确定外界环境的当前噪声等级步骤的一种实施方式的流程图；

图3是根据本发明降噪处理步骤的一种实施方式的流程图；

图4是根据本发明一种智能调节降噪增益的装置的一种实施结构的方框原理图；

图5是根据本发明一种降噪耳机的一种实施结构的示意图；

图6是根据本发明一种降噪耳机的主控板的一种实施结构的结构示意图；

图7是根据本发明一种降噪耳机的听筒的一种实施结构的结构示意图。

附图标记说明：

1-耳机接口； 2-主控板；

3-通话麦克风； 4-耳机听筒；

SPK-扬声器； MIC-降噪麦克风；

IC1-处理器； IC2-降噪控制芯片。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明解决了现有无法自适应调节主动降噪耳机降噪增益的问题，提供了一种自适应调节降噪增益以降噪的新的技术方案。

图1是根据本发明的一种自适应调节降噪增益的降噪方法的一种实施方式的流程图。

根据图1所示，包括如下步骤：

步骤S101，接收安装在耳机听筒上的麦克风采集的语音信号，作为噪声信号。

其中，降噪耳机一般都有两个耳机听筒，可以是两个耳机听筒上均安装有麦克风，也可以是只有一个耳机听筒上安装有麦克风。

如果两个耳机听筒上只安装有一个麦克风，则接收该麦克风采集的语音信号，作为噪声信号。

如果两个耳机听筒上均设置有麦克风，可以为接收安装在一耳机听筒上的麦克风采集的语音信号，作为第一噪声信号；接收安装在另一耳机听筒上的麦克风采集的语音信号，作为第二噪声信号。

步骤S102，根据噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级。

下面以两个耳机听筒上均设置有麦克风为例进行说明：

具体的，可以分别根据第一噪声信号和第二噪声信号的当前声音强度确定对应当前噪声等级，得到对应的第一降噪增益和第二降噪增益；也可以只根据第一噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级得到降噪增益。以后者为例，根据噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级的具体方法可以具体为：

将第一噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，并根据比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

其中，第一噪声信号的当前声音强度可以为第一噪声信号的当前声音强度值，也可以为在设定时间范围内声音强度的平均值或者方差等，例如，当前时间为t0，设定时间为Δt，第一噪声信号的当前声音强度可以为在(t0-Δt)时刻至t0时刻之间声音强度的平均值或者方差等。在本发明的一个具体实施例中，第一噪声信号的当前声音强度为在设定时间范围内声音强度的平均值，这样，当外界环境中突然出现声音强度突然瞬间增大的时候，由于第一噪声信号的当前声音强度为设定时间内声音强度的平均值，因此瞬间增大的声音强度对该平均值影响较小，就可以有效解决环境噪声突变带来的干扰。

具体的，反映噪声等级的设定值可以为划分噪声等级的声音强度值，例如，声音强度在0-5dB范围内的噪声等级为0，声音强度在5dB-15dB范围内的噪声等级为1，声音强度在15dB-30dB范围内的噪声等级为2，声音强度在30dB以上的噪声等级为3，那么，反映噪声等级的设定值即为5dB、15dB和30dB。

上述的比较方法可以通过一个或者多个比较器来实现，比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。例如如果设定值个数为1个，那么，一个两路输入的比较器就可以实现第一噪声信号的当前声音强度与设定值之间的比较；如果设定值个数为2个，那么，可以通过两个两路输入的比较器实现第一噪声信号的当前声音强度与设定值之间的比较，也可以通过一个四路输入的比较器实现噪声的当前声音强度与设定值之间的比较。在本发明的一个具体实施例中，设定值有3个，分别为5dB、15dB和30dB，通过3个两路输入的比较器实现第一噪声信号的当前声音强度与设定值之间的比较，具体为，将5dB、15dB和30dB对应的电压值分别作为3个比较器的基准电压值，将第一噪声信号的当前声音强度值对应的当前电压值传送至3个比较器的另一个输入端，使得当前电压值大于对应的基准电压值时，对应的比较器输出高电平1；当前电压值小于对应的基准电压值时，对应的比较器输出低电平0，这样，当前声音强度值在0-5dB范围内时，三个比较器输出的电平值例如可以分别为000；当前声音强度值在5dB-15dB范围内时，三个比较器输出的电平值例如可以分别为100；当前声音强度值在15dB-30dB范围内时，三个比较器输出的电平值例如可以分别为110；当前声音强度值在30dB以上时，三个比较器输出的电平值例如可以分别为111。

确定外界环境的当前噪声等级的具体方法可以为通过查找反映比较结果与噪声等级之间对应关系的对照表，来确定对应当前比较结果的当前噪声等级，例如，比较结果为三个比较器输出的电平值的情况下，预先设置反映比较结果与噪声等级之间对应关系的对照表，可以为比较结果为000对应的噪声等级为0；比较结果为100对应的噪声等级为1；比较结果为110对应的噪声等级为2,；比较结果为111对应的噪声等级为3。这样，就能够通过比较结果快速确定外界环境的当前噪声等级。

上述比较的方法也可以通过软件控制实现，在本发明的一个具体实施例中，对照上述的设定值与对应的噪声等级，将第一噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，并根据比较结果确定外界环境的当前噪声等级的方法，还可以为：

判断当前声音强度是否小于设定值5dB，如是，则确定当前噪声等级为0；如否，则：

判断当前声音强度是否小于设定值15dB，如是，则确定当前噪声等级为1；如否，则：

判断判断当前声音强度是否小于设定值30dB，如是，则确定当前噪声等级为2；如否，则确定当前噪声等级为3。

根据第一噪声信号的声音强度，确定外界环境的当前噪声等级的具体方法还可以如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤S201，对第一噪声信号进行低通滤波处理，得到滤波噪声信号。

低通滤波处理将高频噪声信号从第一噪声信号中过滤掉，得到中低频的滤波噪声信号。由于主动降噪针对的是环境中低频噪声信号，因此，将第一噪声信号中的高频噪声信号过滤掉，可以有效防止高频噪声信号对调节降噪增益的影响，使得降噪效果更好。

步骤S202，对滤波噪声信号进行放大处理，得到放大噪声信号。

由于麦克风采集的语音信号比较微弱，经过放大后再与设定值进行比较，就能够有效避免产生误判。

步骤S203，将放大噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较。

步骤S204，根据比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

其中，步骤S203和步骤S204的具体方法与将第一噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，并根据比较结果确定外界环境的当前噪声等级的方法类似，在此不再赘述。

步骤S103，设置与当前噪声等级对应的当前降噪增益值。

其中，设置与当前噪声等级对应的当前降噪增益的具体方法可以包括以下步骤：

查找反映噪声等级与降噪增益值之间对应关系的对照表，确定对应当前噪声等级的降噪增益值；

设置当前降噪增益值等于确定的降噪增益值。

例如，在反映噪声等级与降噪增益值之间对应关系的对照表中，可以但不局限于预先设置噪声等级为0对应的降噪增益值为0；噪声等级为1对应的降噪增益值为0.3；噪声等级为2对应的降噪增益值为0.5；噪声等级为3对应的降噪增益值为0.6。

在外界环境十分安静的情况下，如果对噪声进行降噪处理，会对耳膜产生强烈的压迫感，使得用户体验较差，且使得耳机功耗较大，不节能。因此，在本发明的一个具体实施中，本发明方法还包括根据当前噪声等级判断是否进行降噪处理，如是，则执行步骤S103，如否，则不执行其他操作。例如，在当前噪声等级为0时，可以认为外界环境十分安静，可以不进行降噪处理；当前噪声等级不为0时，才对噪声进行降噪处理，并根据当前噪声等级设置降噪增益。这样，能够有效降低主动降噪耳机的功耗，延长其使用时间。

步骤S104，按照当前降噪增益值，进行降噪处理。

降噪处理的具体步骤可以如图3所示，包括如下步骤：

步骤S301，反相噪声信号，得到负反馈信号。

两个耳机听筒只设置有一个麦克风的情况下，反相噪声信号，得到负反馈信号。

两个耳机听筒上均设置有麦克风的情况下，反相第一噪声信号，得到第一负反馈信号；反相第二噪声信号，得到第二负反馈信号。

步骤S302，将负反馈信号按照降噪增益值进行放大处理，得到降噪信号。

两个耳机听筒只设置有一个麦克风的情况下，将负反馈信号按照降噪增益值进行放大处理，得到降噪信号。

两个耳机听筒上均设置有麦克风的情况下，如果只根据第一噪声信号得到降噪增益，则可以按照降噪增益，对第一负反馈信号进行放大处理，得到第一降噪信号；按照降噪增益，对第二负反馈信号进行降噪处理，得到第二降噪信号。

如果根据第一噪声信号得到第一降噪增益，根据第二噪声信号得到第二降噪增益，则可以按照第一降噪增益，对第一负反馈信号进行放大处理，得到第一降噪信号；按照第二降噪增益，对第二负反馈信号进行降噪处理，得到第二降噪信号。

步骤S303，将降噪信号发送至对应的耳机扬声器。

两个耳机听筒只设置有一个麦克风的情况下，将降噪信号发送至两个耳机扬声器。

两个耳机听筒上均设置有麦克风的情况下，将第一降噪信号和第二降噪信号分别发送至对应的耳机扬声器。

此时，分别对第一噪声信号和第二噪声信号进行主动降噪处理，扬声器发射同一听筒内的麦克风接收的语音信号的降噪信号，安装在两个耳机听筒上的麦克风及扬声器之间互不干扰。

通过对应耳机听筒的扬声器发射与噪声信号相位相反、振幅照降噪增益值进行放大的降噪信号，可以使得达到降噪效果的同时，与耳膜舒适性完美结合，达到平衡。

进一步地，在本发明的一个具体实施例中，降噪信号先进行滤波处理后传送至对应的耳机扬声器，这样，可以改善语音信号的信噪比，提高语音清晰度。

本发明还提供了一种自适应调节降噪增益的降噪装置，图4是该装置的一种实施结构的方框原理图。

如图4所示，该装置400包括接收模块401、等级确定模块402、设置模块403和降噪处理模块404。该接收模块401用于接收安装在耳机听筒上的麦克风采集到的语音信号，作为噪声信号；该等级确定模块402用于根据噪声信号的声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；该设置模块403用于设置与当前噪声等级对应的当前降噪增益值；该降噪处理模块404用于按照当前降噪增益值，对噪声信号进行降噪处理。

进一步地，该装置400还包括判断模块，该判断模块用于根据当前噪声等级判断是否进行降噪处理。

其中，等级确定模块402还包括比较单元和确定单元，该比较单元用于将噪声信号的当前声音强度与反映噪声等级的设定值进行比较，得到比较结果；该确定单元用于根据比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

设置模块403还包括查找单元和设置单元，该查找单元用于查找反映噪声等级与降噪增益值之间对应关系的对照表，确定对应当前噪声等级的降噪增益值；该设置模块用于设置当前降噪增益值等于确定的降噪增益值。

本发明还提供了一种降噪耳机，在一方面，该降噪耳机包括前述的自适应调节降噪增益的降噪装置。

在另一方面，该降噪耳机包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储指令，该指令控制处理器进行操作以执行前述的自适应调节降噪增益的降噪方法。

该处理器例如可以是DSP数字处理器、微处理器MCU等。该存储器例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。

在本发明的一个具体实施例中，本发明降噪耳机包括耳机插头1、主控板2、通话麦克风3和耳机听筒4，如图5所示。

上述耳机插头1例如可以是3.5mm插头，也可以是type-C插头。

上述主控板2的结构可以如图6所示，主控板2上设置有播放暂停键、音量增加键、音量降低键和开关键，还设置有运算放大器、比较器、处理器IC1和降噪控制芯片IC2，该运算放大器用于对噪声信号进行放大处理，该比较器用于对噪声信号的当前声音强度和设定值进行比较，处理器IC1为微处理器MCU，执行前述的自适应调节降噪增益的降噪方法，降噪控制芯片IC2用于调整降噪增益。

上述通话麦克风3用于采集用户通话过程中的语音信号。

上述耳机听筒4包括降噪麦克风MIC和扬声器SPK，如图7所示，降噪麦克风MIC用于采集外界噪声信号，扬声器SPK用于发射上述降噪语音信号。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种自适应调节降噪增益的降噪方法，其特征在于，包括：

根据所述噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；所述噪声信号的当前声音强度为在设定时间范围内声音强度的平均值；

设置与所述当前噪声等级对应的当前降噪增益值；

按照所述当前降噪增益值，对所述噪声信号进行降噪处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级包括：

根据所述比较结果确定外界环境的当前噪声等级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置与所述当前噪声等级对应的当前降噪增益包括：

设置所述当前降噪增益值等于确定的所述降噪增益值。

5.一种自适应调节降噪增益的降噪装置，其特征在于，包括：

等级确定模块，用于根据所述噪声信号的当前声音强度，确定外界环境的当前噪声等级；所述噪声信号的当前声音强度为在设定时间范围内声音强度的平均值；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述等级确定模块包括：

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述设置模块包括：

9.一种降噪耳机，其特征在于，包括权利要求5-8中任一项所述的装置。

10.一种降噪耳机，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求1-4中任一项所述的方法。