CN108810692A - 主动降噪系统、主动降噪方法及耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种主动降噪系统、主动降噪方法及耳机，该系统包括：检测装置、第一滤波电路、模式可变电路、第一加法器以及扬声器；第一滤波电路的输入与检测装置的第一输出端连接，输出与第一加法器第一输入端连接；模式可变电路的输入与检测装置的第二输出端连接，输出与第一加法器第二输入端连接；扬声器与第一加法器输出连接。本发明提出一种降噪模式可切换的降噪系统，降噪系统在深度降噪模式下能够实现良好的降噪效果；在语音增强降噪模式下能够实现低频降噪的同时实现增强语音的功能，提升与外界沟通的效率；且该降噪系统结构简单、易于工程实现。

Description

主动降噪系统、主动降噪方法及耳机

技术领域

本发明涉及主动降噪领域，具体而言，涉及一种主动降噪系统、主动降噪方法及耳机。

背景技术

主动降噪耳机通过次级声源发出与环境噪声幅值相等，相位相反的消噪声波，消噪声波与噪声声波发声干涉，实现噪声的消除。对于主动降噪耳机，降噪性能良好是最根本的需求，除此之外，还不能影响降噪耳机使用者与外界的交流，尤其是与人的语言交流。主动降噪耳机的消噪频段集中在中低频段，人的语音集中的中高频段，降噪耳机在消除噪声的同时也会消除部分语音，由于该部分的语音缺失而导致使用者难以听清来自外界的语音，降低了与外界地沟通效率。

专利耳机、耳机的下行降噪电路及方法(申请号；20160353164.1)公开了一种耳机的下行降噪电路及方法，能够实现在不同频段的噪声环境中都能听清通话对方的说话内容。该耳机中具有独立的语音采集电路，使得语音信号能够从环境噪声信号中分离出来，方便后续的语音增强的实施。但对于环境噪声中混合的语音信号，上述专利中的降噪电路及方法将无法实现语音信号的增强。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种主动降噪系统、主动降噪方法及耳机，以解决现有技术中的耳机存在的无法实现深度降噪与语音增强的技术问题。

第一方面，本发明提出一种主动降噪系统，包括：检测装置、第一滤波电路、模式可变电路、第一加法器以及扬声器；所述第一滤波电路的输入端与所述检测装置的第一输出端连接，所述第一滤波电路的输出端与所述第一加法器的第一输入端连接；所述模式可变电路的输入端与所述检测装置的第二输出端连接，所述模式可变电路的输出端与所述第一加法器的第二输入端连接；所述扬声器与所述第一加法器的输出端连接；所述检测装置用于检测声音的声音信号，所述声音包括环境噪声和语音；所述第一滤波电路用于消除低频噪声；所述模式可变电路用于将所述主动降噪系统调节为语音增强模式或深度降噪模式；所述第一加法器用于将所述第一滤波电路的输出和所述模式可变电路的输出相加；所述扬声器用于将消噪信号转化消噪声波。

进一步地，所述检测装置包括前馈麦克风和反馈麦克风；所述前馈麦克风的输出端与所述模式可变电路的输入端连接；所述反馈麦克风的输出端与所述第一滤波电路的输入端连接。

进一步地，所述模式可变电路包括第二滤波电路、第三滤波电路、模式选择电路以及第二加法器；所述第二滤波电路的第一输入端所述检测装置的第二输出端连接，所述第二滤波电路的第二输入端与所述模式选择电路的第一输出端连接，所述第二滤波电路的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接；

所述第三滤波电路的第一输入端与所述检测装置的第二输出端连接，所述第三滤波电路的第二输入端与所述模式选择电路的第二输出端连接，所述第三滤波电路的输出端与所述第二加法器的第二输入端连接；所述第二加法器的输出端与所述第一加法器的第二输入端连接；所述第二滤波电路用于消除中高频噪声；所述第三滤波电路用于实现语音增强的功能；所述模式选择电路用于确定当前所述主动降噪系统所处的模式；所述第二加法器用于将所述第二滤波电路的输出和所述第三滤波电路的输出相加。

进一步地，所述第一滤波电路包括依次连接的模数转换电路一、反馈滤波电路和数模转化电路一。

进一步地，所述第二滤波电路包括依次连接的模数转换电路二、前馈滤波电路和数模转换电路二。

进一步地，所述第三滤波电路包括依次连接的模数转换电路三、语音增强电路和数模转换电路三。

第二方面，本发明提出一种降噪耳机，包括第一方面任意一项所述的主动降噪系统。

进一步地，所述主动降噪系统还包括模式选择电路，所述耳机还包括模式选择开关，所述模式选择开关与所述模式选择电路连接，用于确定所述耳机的工作模式。

第三方面，本发明提出一种主动降噪方法，应用于如第一方面任意项所述的主动降噪系统，所述方法包括：

所述检测装置采集声音信号，所述声音信号包括低频段信号与中高频段信号；

所述第一滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声；

所述模式可变电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声或增强所述中高频段信号的语音信号。

进一步地，所述第一滤波电路包括反馈滤波电路，所述第一滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声，包括：

基于次级通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到次级通道传声特性的传递函数G(s)，其中所述s为微分算子；

基于次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成反馈滤波电路；

所述反馈滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声。

进一步地，所述模式可变电路包括前馈滤波电路和语音增强电路，所述模式可变电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声或增强所述中高频段信号的语音信号，包括：

基于主通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到主通道传声特性的传递函数P(s)，其中所述s为微分算子；

基于所述主通道传声特性的传递函数P(s)和所述次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成前馈滤波电路和语音增强电路。

所述前馈滤波电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声；

所述语音增强电路接收所述中高频段信号，并增强所述中高频段信号的语音信号。

本发明提出一种主动降噪系统、主动降噪方法及耳机，该系统包括：检测装置、第一滤波电路、模式可变电路、第一加法器以及扬声器；第一滤波电路的输入与检测装置的第一输出端连接，输出与第一加法器第一输入端连接；模式可变电路的输入与检测装置的第二输出端连接，输出与第一加法器第二输入端连接；扬声器与第一加法器输出连接。通过增加模式可变电路，将耳机的降噪分为深度降噪模式和具有语音增强功能的降噪模式。与现有技术相比，本发明提出一种降噪模式可切换的降噪系统，降噪系统在深度降噪模式下能够实现良好的降噪效果；在语音增强降噪模式下能够实现低频降噪的同时实现增强语音的功能，提升与外界沟通的效率；且该降噪系统结构简单、易于工程实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例1中提供的一种主动降噪系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例1中提供的模式可变电路的结构示意图；

图3出了本发明实施例2中提供的耳机的两种降噪模式示意图；

图4示出了本发明实施例3中提供的一种主动降噪方法的步骤流程图；

图5示出了本发明实施例3中的主动降噪方法的具有语音增强功能的降噪效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”及“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示的主动降噪系统结构示意图，本发明提出一种主动降噪系统10，其包括检测装置100、第一滤波电路200、模式可变电路300、第一加法器400以及扬声器500。

检测装置100包括第一输出端a1与第二输出端a2。

第一加法器400包括第一输入端b1、第二输入端b2与输出端b3。

第一滤波电路200的输入端与检测装置100的第一输出端a1连接，第一滤波电路200的输出端与所述第一加法器400的第一输入端b1连接。

模式可变电路300的输入端与检测装置100的第二输出端a2连接，模式可变电路300的输出端与第一加法器400的第二输入端b2连接。

扬声器500与第一加法器400的输出端b3连接。

检测装置100用于检测声音的声音信号，其中，所述声音包括环境噪声和语音。检测装置100可检测到纯环境噪声或包含语音的环境噪声。

第一滤波电路200用于消除低频噪声。为消除低频噪声，第一滤波器310通常采用基于反馈拓扑结构的滤波器。

模式可变电路300用于将主动降噪系统10调节为语音增强模式或深度降噪模式。语音增强模式为针对语音所在频段增强语音信号；深度降噪模式为针对语音所在频段的噪声进行降噪。两种模式可自由切换。

第一加法器400用于将第一滤波电路200的输出和模式可变电路300的输出相加。第一加法器400实现两部分信号的叠加。

扬声器500用于将消噪信号转化消噪声波。扬声器500将深度消噪电信号(深度降噪模式下)或具有语音增强功能的消噪电信号(语音增强模式下)转换成声信号。

在一个实施方式中，检测装置100包括前馈麦克风和反馈麦克风，前馈麦克风的输出端与模式可变电路300的输入端连接，反馈麦克风与第一滤波电路200的输入端连接。前馈麦克风将检测到的声信号转化成电信号后传输至模式可变电路300；反馈麦克风将检测到的声信号转化成电信号后传输至第一滤波电路200。

在一个实施方式中，如图2所示的模式可变电路结构示意图，所述模式可变电路300包括第二滤波器电路310、第三滤波电路330、模式选择电路320以及第二加法器340。

第二滤波电路310包括第一输入端d1、第二输入端d2和输出端d3。

第三滤波电路330包括第一输入端e1、第二输入端e2和输出端e3。

模式选择电路320包括第一输出端f1与第二输输出端f2。

第二加法器340包括第一输入端h1、第二输入端h2和输出端h3。

第二滤波电路310的第一输入端d1与检测装置100的第二输出端a2连接，第二滤波电路310的第二输入端d2与模式选择电路320的第一输出端f1连接，第二滤波电路310的输出端d3与第二加法器340的第一输入端h1连接。

第三滤波电路330的第一输入端e1与检测装置100的第二输出端a2连接，第三滤波电路330的第二输入端e2与模式选择电路320的第二输出端f2连接，第三滤波电路330的输出端e3与第二加法器340的第二输入端h2连接。

第二加法器340的输出端h3与第一加法器400的第二输入端b2连接。

第二滤波电路310用于消除中高频噪声。为消除中高频噪声，第二滤波器310通常采用基于前馈拓扑结构的滤波器。

第三滤波电路330用于实现语音增强的功能。第三滤波电路330针对语音所在的中高频段，对语音信号进行增强。

模式选择电路320用于确定当前主动降噪系统10所处的模式。当处于深度降噪模式时，第二滤波电路310为上电状态，第三滤波电路330不工作；当处于语言增强模式时，第三滤波电路330为上电状态，第二滤波电路310不工作。

第二加法器340用于将第二滤波电路310的输出和第三滤波电路330的输出相加。通过第二加法器340可以将两种滤波电路的输出结合起来，实现相应的综合降噪功能。

上述主动降噪系统10利用模式可变电路300，在原有降噪功能的基础上，根据是否具有增强语音的需求分别实现深度降噪功能和具有语音增强作用的降噪功能。具有语音增强功能的降噪系统与具有深度降噪功能的降噪系统的区别在于：具有语音增强功能的滤波电路替换了原本用于中高频降噪的滤波电路，即通过损失中高频的降噪效果来实现中高频的语音增强功能，实现降噪功能与语音增强功能之间的良好平衡。

在一个实施方式中，第一滤波电路200包括依次连接的模数转换电路一、反馈滤波电路和数模转化电路一。模数转换电路一将来自检测装置100的模拟声信号转换成数字信号后传输至反馈滤波电路，经反馈滤波电路处理后输出数字消噪信号一，该数字消噪信号一经过数模转换电路一转换成模拟消噪信号一后输出至第一加法器400。

在一个实施方式中，第二滤波电路310包括依次连接的模数转换电路二、前馈滤波电路和数模转换电路二。模数转换电路二将来自检测装置100的模拟声信号转换成数字信号后传输至前馈滤波电路，经前馈滤波电路处理后输出数字消噪信号二，该数字消噪信号二经过数模转换电路二转换成模拟消噪信号二后输出至第二加法器340。

在一个实施方式中，第三滤波电路330还包括依次连接的模数转换电路三、语音增强电路和数模转换电路三。模数转换电路三将来自检测装置100的模拟声信号转换成数字信号后传输至语音增强电路，经语音增强电路处理后输出数字语音增强信号，该数字语音增强信号经过数模转换电路三转换成模拟语音增强信号后输出至第二加法器340。

实施例2

本发明提出一种耳机，包括实施例1中提出的主动降噪系统10。

在一个实施方式中，如图3所示的耳机的降噪模式结构示意图，上述耳机还包括模式选择电路和模式选择开关，模式选择开关与模式选择电路连接用于确定耳机的工作模式。优选地，可以深度降噪模式1设为默认模式，如果不开启上述模式选择快关，则该耳机一直运行在深度降噪模式中，即前馈降噪加反馈降噪的降噪模式；若开启上述模式选择开关，则该耳机关闭深度降噪模式1，开始语音增强模式2，即反馈降噪加语言增强的降噪模式。

在一个实施方式中，上述耳机还包括前馈麦克风和反馈麦克风。前馈麦克风用于检测耳机内部靠近噪声源的声音信号，该麦克风通常放置在耳机后腔；反馈麦克风用于检测耳机内部靠近耳旁的声音信号，该麦克风通常放置在耳机前腔。

与现有技术相比，本发明提出一种降噪模式可切换的降噪系统，将该降噪系统应用于耳机，在深度降噪模式下能够实现良好的降噪效果；在语音增强降噪模式下能够实现低频降噪的同时实现增强语音的功能，提升与外界沟通的效率；且该降噪系统结构简单、易于工程实现。

实施例3

如图4所示的主动降噪方法步骤流程图，本发明提出一种主动降噪方法，该降噪方法可用于实施例1中提出的主动降噪系统的设计，包括如下步骤S10至步骤S30：

S10：检测装置100采集声音信号，声音信号包括低频段信号与中高频段信号；

S20：第一滤波电路接收低频段信号，并消除低频段信号中的低频噪声；

S30：模式可变电路接收中高频段信号，并消除中高频段信号的中高频噪声或增强所述中高频段信号的语音信号。

在一个实施方式中，步骤S20中的第一滤波电路包括反馈滤波电路，包括如下步骤S210至步骤S230：

S210：基于次级通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到次级通道传声特性的传递函数G(s)，其中所述s为微分算子；

S220：基于次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成反馈滤波电路；

S230：反馈滤波电路接收低频段信号，并消除低频段信号中的低频噪声

其中，在步骤S220中，反馈滤波电路包括的反馈滤波器的设计归结为如下问题的求解：‖1/(1-G×H_FB)‖₂，使得上式值最小的H_FB即为所需反馈滤波器。优选地，该方法还可通过增加计权的方式确定降噪中心的频率。

在一个实施方式中，在步骤S30中，模式可变电路包括前馈滤波电路和语音增强电路，包括如下步骤S310至S340：

S310：基于主通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到主通道传声特性的传递函数P(s)，其中所述s为微分算子；

S320：基于主通道传声特性的传递函数P(s)和次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成前馈滤波电路和语音增强电路；

S330：前馈滤波电路接收中高频段信号，并消除中高频段信号的中高频噪声；

S340：语音增强电路接收中高频段信号，并增强中高频段信号的语音信号。

其中，在步骤S302中，可将前馈滤波电路中的前馈滤波器的设计归结为如下问题的求解：‖P-G×H_FF‖₂，使得上式值最小的H_FF即为所需前馈滤波器。

在一个实施方式中，语音增强滤波器H_SH可以采取和前馈滤波器H_FF相同的结构，通过调整滤波器参数，使得H_SH在设定的中高频段具有6dB以上的幅频特性。

在一个实施方式中，利用上述具有语音增强功能的降噪方法实施如图5所示的具有语音增强功能的主动降噪效果示意图。反馈滤波器的降噪中心频点大概在200Hz，降噪深度为20dB；语音增强滤波器的增强中心点大概在1000Hz,增强最大幅度为20dB；语音增强和反馈降噪复合后的降噪效果基本为语音增强滤波器和反馈滤波器的效果叠加，实现了既语音增强又能降噪的功能，说明了上述主动降噪方法的有效性。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在这里示出和描述的所有示例中，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，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

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定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (11)

1.一种主动降噪系统，其特征在于，包括：检测装置、第一滤波电路、模式可变电路、第一加法器以及扬声器；

所述第一滤波电路的输入端与所述检测装置的第一输出端连接，所述第一滤波电路的输出端与所述第一加法器的第一输入端连接；

所述模式可变电路的输入端与所述检测装置的第二输出端连接，所述模式可变电路的输出端与所述第一加法器的第二输入端连接；

所述扬声器与所述第一加法器的输出端连接；

所述检测装置用于检测声音的声音信号，所述声音包括环境噪声和语音；

所述第一滤波电路用于消除低频噪声；

所述模式可变电路用于将所述主动降噪系统调节为语音增强模式或深度降噪模式；

所述第一加法器用于将所述第一滤波电路的输出和所述模式可变电路的输出相加；

所述扬声器用于将消噪信号转化消噪声波。

2.根据权利要求1所述的主动降噪系统，其特征在于，所述检测装置包括前馈麦克风和反馈麦克风；

所述前馈麦克风的输出端与所述模式可变电路的输入端连接；

所述反馈麦克风的输出端与所述第一滤波电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的主动降噪系统，其特征在于，所述模式可变电路包括第二滤波电路、第三滤波电路、模式选择电路以及第二加法器；

所述第二滤波电路的第一输入端所述检测装置的第二输出端连接，所述第二滤波电路的第二输入端与所述模式选择电路的第一输出端连接，所述第二滤波电路的输出端与所述第二加法器的第一输入端连接；

所述第三滤波电路的第一输入端与所述检测装置的第二输出端连接，所述第三滤波电路的第二输入端与所述模式选择电路的第二输出端连接，所述第三滤波电路的输出端与所述第二加法器的第二输入端连接；

所述第二加法器的输出端与所述第一加法器的第二输入端连接；

所述第二滤波电路用于消除中高频噪声；

所述第三滤波电路用于实现语音增强的功能；

所述模式选择电路用于确定当前所述主动降噪系统所处的模式；

所述第二加法器用于将所述第二滤波电路的输出和所述第三滤波电路的输出相加。

4.根据权利要求1所述的主动降噪系统，其特征在于，所述第一滤波电路包括依次连接的模数转换电路一、反馈滤波电路和数模转化电路一。

5.根据权利要求3所述的主动降噪系统，其特征在于，所述第二滤波电路包括依次连接的模数转换电路二、前馈滤波电路和数模转换电路二。

6.根据权利要求3所述的主动降噪系统，其特征在于，所述第三滤波电路包括依次连接的模数转换电路三、语音增强电路和数模转换电路三。

7.一种耳机，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的主动降噪系统。

8.根据权利要求7所述的耳机，其特征在于，所述主动降噪系统还包括模式选择电路，所述耳机还包括模式选择开关，所述模式选择开关与所述模式选择电路连接，用于确所述耳机的工作模式。

9.一种主动降噪方法，应用于如权利要求1至8任意项所述的主动降噪系统，其特征在于，包括：

所述检测装置采集声音信号，所述声音信号包括低频段信号与中高频段信号；

所述第一滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声；

所述模式可变电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声或增强所述中高频段信号的语音信号。

10.根据权利要求9所述的主动降噪方法，其特征在于，所述第一滤波电路包括反馈滤波电路，所述的所述第一滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声，包括：

基于次级通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到次级通道传声特性的传递函数G(s)，其中所述s为微分算子；

基于次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成反馈滤波电路；

所述反馈滤波电路接收所述低频段信号，并消除所述低频段信号中的低频噪声。

11.根据权利要求10所述的主动降噪方法，其特征在于，所述模式可变电路包括前馈滤波电路和语音增强电路，所述的所述模式可变电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声或增强所述中高频段信号的语音信号，包括：

基于主通道的输入输出数据，利用最小二乘类方法得到主通道传声特性的传递函数P(s)，其中所述s为微分算子；

基于所述主通道传声特性的传递函数P(s)和所述次级通道传声特性的传递函数G(s)，生成前馈滤波电路和语音增强电路；

所述前馈滤波电路接收所述中高频段信号，并消除所述中高频段信号的中高频噪声；

所述语音增强电路接收所述中高频段信号，并增强所述中高频段信号的语音信号。