CN107889006A - 一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统包括噪声采集通路和音乐播放通路，所述噪声采集通路包括麦克风、AD转换器、降噪滤波器、接入AD转换器的可调节时钟频率的锁相环，以及连接于AD转换器和降噪滤波器之间的第一延时控制单元；音乐播放通路包括音乐播放源、第一升采样滤波器、加法器、DA转换器、播放器，以及连接于加法器与DA转换器之间的第二延时控制单元；所述加法器用于将降噪滤波器处理后的噪声参考信号与第一升采样滤波器处理后的音乐信号进行耦合叠加输出混合信号。本发明提供的主动降噪系统能够适用于不同的耳机头，能够很好地拟合麦克风和播放器的频响，实现更好效果的降噪。

Description

一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统

技术领域

本发明涉及耳机降噪技术领域，特别涉及一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统。

背景技术

主动降噪耳机是通过主动降噪系统发出与环境噪声相位反向声波来抵消噪声声波将环境噪声消除，从而实现降噪的效果。具体原理是使用外置的麦克风采集外界噪声，然后通过主动降噪系统产生一个与噪声幅度相同相位相差180度的反相声波，将噪声抵消，从而达到降噪。主动降噪耳机其具体功能是降低外界的环境噪声，给佩戴者提供一个安静的环境。

目前经过大量研发已经有很多主动降噪耳机进入到生产和销售，但是现有的主动降噪耳机，多数采用模拟方案，即直接对模拟信号通过滤波器产生反相噪声，其好处是实现比较简单。

数字方案调节更加灵活，量产方便，而且唯有数字方案才能实现自适应的降噪。但是数字方案引入了延时问题，其中包括AD的转换延时、DA转换的延时、降采样或升采样滤波器的延时。延时如果太大，无法产生反相声波，主动降噪会失去效果；延时如果太小，就要求主动降噪工作的音频采样率高，但这会降低降噪滤波器的精度，不能很好的拟合麦克风和扬声器的频响，影响降噪效果。

因此，为了解决上述问题，需要针对不同耳机头降噪要求，很好地拟合麦克风和播放器的频响，实现更好效果降噪的一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统，所述系统包括噪声采集通路和音乐播放通路，

所述噪声采集通路包括麦克风、AD转换器、降噪滤波器、接入所述AD转换器的可调节时钟频率的锁相环，以及连接于所述AD转换器与所述降噪滤波器之间的第一延时控制单元；

所述第一延时控制单元对所述AD转换器输出的噪声参考信号进行延时调节；

所述音乐播放通路包括音乐播放源、第一升采样滤波器、加法器、DA转换器、播放器，以及连接于所述加法器与所述DA转换器之间的第二延时控制单元；

所述加法器用于将降噪滤波器处理后的噪声参考信号与第一升采样滤波器处理后的音乐信号进行耦合叠加输出混合信号；

所述第二延时控制单元对所述加法器输出的混合信号进行延时调节。

优选地，所述麦克风、AD转换器、第一延时控制单元和降噪滤波器依次连接，其中

所述麦克风，用于采集环境噪声；所述AD转换器，用于将采集的环境噪声由模拟电信号转换为噪声参考信号；所述降噪滤波器，用于对噪声参考信号进行滤波处理。

优选地，所述音乐播放源、第一升采样滤波器、加法器、第二延时控制单元、DA转换器和播放器依次连接，其中

所述音乐播放源，用于播放音乐信号；所述第一升采样滤波器，用于对音乐信号进行滤波处理；所述DA转换器，用于将所述混合信号转换为混合模拟电信号；所述播放器，用于将所述混合模拟电信号以声波的形式播放。

优选地，所述系统还包括信号存储通路，所述信号存储通路包括存储单元，用于将所述噪声参考信号进行存储。

优选地，所述第一延时控制单元包括第一降采样滤波器、第二降采样滤波器和第一复用器，其中

所述第一降采样滤波器接入所述AD转换器输出噪声参考信号进行滤波，并将滤波后的噪声参考信号分两路信号，一路接入所述第一复用器，另一路接入所述第二降采样滤波器进行滤波处理；

所述第二降采样滤波器滤波处理后的噪声参考信号接入所述第一复用器。

优选地，所述第一复用器输出的噪声参考信号接入降噪滤波器。

优选地，所述第二延时控制单元包括第二升采样滤波器、第三升采样滤波器和第二复用器，其中

所述第二升采样滤波器接入所述加法器输出混合信号进行滤波，并将滤波后的混合信号分两路信号，一路接入所述第二复用器，另一路接入所述第三升采样滤波器进行滤波处理；

所述第三升采样滤波器滤波处理后的混合信号接入所述第二复用器。

优选地，所述第二复用器输出的混合信号接入DA转换器。

本发明提供的一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统，通过调节锁相环的时钟频率改变第一延时控制单元的采样率，和/或调节第一延时控制单元中降采样滤波器的级数调节降噪滤波器的工作采样率，同时调节第二延时控制单元的升采样滤波器的级数对输出的混合信号进行延时调节，使耳机头频响较平时，减小噪声参考信号的延时，降低降噪滤波器的精度，拓展降噪的频谱宽度；在耳机头的频响出现奇点时，增加噪声参考信号的延时，提高滤波器精度，加强低频的降噪效果。本发明通过灵活调节降噪信号延时，很好地拟合麦克风和播放器的频响，提高了降噪的效果。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统的信号传递示意图；

图2示出了本发明一个实施例384k采样率上降噪滤波器的幅度响应；

图3示出了本发明另一个实施例192k采样率上降噪滤波器的幅度响应。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。下面通过具体的实施例对本发明的内容进行说明，如图1所示本发明灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统的信号传递示意图，根据本发明的一个实施例实施例一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统，系统包括噪声采集通路和音乐播放通路，

噪声采集通路包括麦克风102、AD转换器103、降噪滤波器107、接入AD转换器103的可调节时钟频率的锁相环101，以及连接于AD转换器103与降噪滤波器107之间的第一延时控制单元104。第一延时控制单元对所述AD转换器输出的噪声参考信号进行延时调节。

麦克风102、AD转换器103、第一延时控制单元104和降噪滤波器107依次连接，其中麦克风102，用于采集环境噪声；AD转换器103，用于将采集的环境噪声由模拟电信号转换为噪声参考信号；降噪滤波器107，用于对噪声参考信号进行滤波处理。第一延时控制单元104包括第一降采样滤波器1041、第二降采样滤波器1042和第一复用器104，其中

第一降采样滤波器1041接入AD转换器103输出噪声参考信号进行滤波，并将滤波后的噪声参考信号分两路信号，一路接入第一复用器1043，另一路接入第二降采样滤波器102进行滤波处理。第二降采样滤波器1042滤波处理后的噪声参考信号接入第一复用器1043。第一复用器1043输出的噪声参考信号接入降噪滤波器。

音乐播放通路包括音乐播放源、第一升采样滤波器108、加法器109、DA转换器110、播放器111，以及连接于加法器109与DA转换器110之间的第二延时控制单元105。

加法器109用于将降噪滤波器107处理后的噪声参考信号与第一升采样滤波器108处理后的音乐信号进行耦合叠加输出混合信号。第二延时控制单元105对加法器输出的混合信号进行延时调节。

音乐播放源、第一升采样滤波器108、加法器109、第二延时控制单元105、DA转换器110和播放器111依次连接，其中音乐播放源，用于播放音乐信号；第一升采样滤波器108，用于对音乐信号进行滤波处理；DA转换器110，用于将混合信号转换为混合模拟电信号；播放器111，用于将混合模拟电信号以声波的形式播放。第二延时控制单元105包括第二升采样滤波器1051、第三升采样滤波器1052和第二复用器1053，其中

第二升采样滤波器1051接入加法器109输出混合信号进行滤波，并将滤波后的混合信号分两路信号，一路接入第二复用1053器，另一路接入第三升采样滤波器1052进行滤波处理。第三升采样滤波器1052滤波处理后的混合信号接入所述第二复用器1053。第二复用器1053输出的混合信号接入DA转换器。

根据本发明，本实施例中一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统还包括信号存储通路，信号存储通路包括存储单元106，用于将噪声参考信号进行存储。需要说明的是，存储单元106存储的噪声参考信号用作对噪声信号的分析，不再进行降噪滤波器以及第二延时控制单元105的处理。

下面对本发明提供的一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统降噪过程进行说明。如果麦克风102采集的环境噪声为低频噪声，由于低频的信号周期长，对延时相对不敏感，实施例中可以降低降噪滤波器的精度。具体为通过调节锁相环101的时钟频率降低第一延时控制单元104的采样率，或提高第一延时控制单元104中降采样滤波器(第一降采样滤波器和第二降采样滤波器)的级数，降低降噪滤波器的工作采样率，增大参考噪声信号的延时。同时调节第二延时控制单元105的升采样滤波器(第二升采样滤波器和第三升采样滤波器)的级数对输出的混合信号进行延时调节。

如果环境噪声为高频噪声，参考噪声信号的延时就会造成很大的相位偏差，影响降噪效果。例如对于1khz以上高频降噪，主动降噪的参考噪声信号难以有效地实现噪声消除。实施例中通过通过调节锁相环101的时钟频率升高第一延时控制单元104的采样率，并且降低第一延时控制单元104中降采样滤波器(第一降采样滤波器和第二降采样滤波器)的级数，以升高降噪滤波器的工作采样率，减少参考噪声信号的延时。同时调节第二延时控制单元的升采样滤波器(第二升采样滤波器和第三升采样滤波器)的级数对输出的混合信号进行延时调节。

由于不同的耳机头对降噪的要求不同，本发明能够灵活调节降噪信号延时，很好地拟合麦克风和播放器的频响，获得最佳的降噪效果。

如图2所示本发明一个实施例384k采样率上降噪滤波器的幅度响应，其中曲线a为理想状态参考曲线，曲线b为定点化后降噪滤波器的幅度响应曲线，由图2显示在384k采样率上降噪滤波器的幅度响应具有明显的偏差。

如图3所示本发明另一个实施例192k采样率上降噪滤波器的幅度响应，采用与384k采样率上降噪滤波器相同的参数，定点化后降噪滤波器的幅度响应曲线c与理想状态参考曲线完全匹配。由此，本发明在低采样率上，对于低频环境噪声能够起到很好的降噪效果。

本发明提供的一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统，通过调节锁相环的时钟频率改变第一延时控制单元的采样率，和/或调节第一延时控制单元中降采样滤波器与第二延时控制单元的升采样滤波器的级数来调节降噪滤波器的工作采样率，使耳机头频响较平时，减小噪声参考信号的延时，降低降噪滤波器的精度，拓展降噪的频谱宽度；在耳机头的频响出现奇点时，增加噪声参考信号的延时，提高滤波器精度，加强低频的降噪效果。本发明通过灵活调节降噪信号延时，很好地拟合麦克风和播放器的频响，提高了降噪的效果。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种灵活调节降噪信号延时的主动降噪系统，其特征在于，所述系统包括噪声采集通路和音乐播放通路，

所述噪声采集通路包括麦克风、AD转换器、降噪滤波器、接入所述AD转换器的可调节时钟频率的锁相环，以及连接于所述AD转换器与所述降噪滤波器之间的第一延时控制单元；

所述第一延时控制单元对所述AD转换器输出的噪声参考信号进行延时调节；

所述音乐播放通路包括音乐播放源、第一升采样滤波器、加法器、DA转换器、播放器，以及连接于所述加法器与所述DA转换器之间的第二延时控制单元；

所述加法器用于将降噪滤波器处理后的噪声参考信号与第一升采样滤波器处理后的音乐信号进行耦合叠加输出混合信号；

所述第二延时控制单元对所述加法器输出的混合信号进行延时调节。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述麦克风、AD转换器、第一延时控制单元和降噪滤波器依次连接，其中

所述麦克风，用于采集环境噪声；所述AD转换器，用于将采集的环境噪声由模拟电信号转换为噪声参考信号；所述降噪滤波器，用于对噪声参考信号进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述音乐播放源、第一升采样滤波器、加法器、第二延时控制单元、DA转换器和播放器依次连接，其中

所述音乐播放源，用于播放音乐信号；所述第一升采样滤波器，用于对音乐信号进行滤波处理；所述DA转换器，用于将所述混合信号转换为混合模拟电信号；所述播放器，用于将所述混合模拟电信号以声波的形式播放。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号存储通路，所述信号存储通路包括存储单元，用于将所述噪声参考信号进行存储。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一延时控制单元包括第一降采样滤波器、第二降采样滤波器和第一复用器，其中

所述第一降采样滤波器接入所述AD转换器输出噪声参考信号进行滤波，并将滤波后的噪声参考信号分两路信号，一路接入所述第一复用器，另一路接入所述第二降采样滤波器进行滤波处理；

所述第二降采样滤波器滤波处理后的噪声参考信号接入所述第一复用器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一复用器输出的噪声参考信号接入降噪滤波器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二延时控制单元包括第二升采样滤波器、第三升采样滤波器和第二复用器，其中

所述第二升采样滤波器接入所述加法器输出混合信号进行滤波，并将滤波后的混合信号分两路信号，一路接入所述第二复用器，另一路接入所述第三升采样滤波器进行滤波处理；

所述第三升采样滤波器滤波处理后的混合信号接入所述第二复用器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二复用器输出的混合信号接入DA转换器。