CN110073676B - 用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统 - Google Patents

用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110073676B
CN110073676B CN201780079748.7A CN201780079748A CN110073676B CN 110073676 B CN110073676 B CN 110073676B CN 201780079748 A CN201780079748 A CN 201780079748A CN 110073676 B CN110073676 B CN 110073676B
Authority
CN
China
Prior art keywords
noise cancellation
noise
signal
tunable
operative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780079748.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110073676A (zh
Inventor
T.索尔蒙森
G.肯南
A.A.米拉尼
R.H.琼森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Synaptics Inc
Original Assignee
Synaptics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Synaptics Inc filed Critical Synaptics Inc
Publication of CN110073676A publication Critical patent/CN110073676A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110073676B publication Critical patent/CN110073676B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17853Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1781Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions
    • G10K11/17813Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions characterised by the analysis of the acoustic paths, e.g. estimating, calibrating or testing of transfer functions or cross-terms
    • G10K11/17815Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions characterised by the analysis of the acoustic paths, e.g. estimating, calibrating or testing of transfer functions or cross-terms between the reference signals and the error signals, i.e. primary path
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1783Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase handling or detecting of non-standard events or conditions, e.g. changing operating modes under specific operating conditions
    • G10K11/17833Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase handling or detecting of non-standard events or conditions, e.g. changing operating modes under specific operating conditions by using a self-diagnostic function or a malfunction prevention function, e.g. detecting abnormal output levels
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787General system configurations
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787General system configurations
    • G10K11/17879General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17881General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being an acoustic signal, e.g. recorded with a microphone
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1083Reduction of ambient noise
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/108Communication systems, e.g. where useful sound is kept and noise is cancelled
    • G10K2210/1081Earphones, e.g. for telephones, ear protectors or headsets
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3016Control strategies, e.g. energy minimization or intensity measurements
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3026Feedback
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3027Feedforward
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3028Filtering, e.g. Kalman filters or special analogue or digital filters
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3035Models, e.g. of the acoustic system
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3047Prediction, e.g. of future values of noise
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/50Miscellaneous
    • G10K2210/504Calibration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2460/00Details of hearing devices, i.e. of ear- or headphones covered by H04R1/10 or H04R5/033 but not provided for in any of their subgroups, or of hearing aids covered by H04R25/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2460/01Hearing devices using active noise cancellation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Headphones And Earphones (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

一种主动噪声消除系统,包括:传感器,其可操作以感测环境噪声并且生成对应参考信号;固定噪声消除滤波器,其包括主动噪声消除系统的预确定模型,所述主动噪声消除系统的所述预确定模型可操作以生成抗噪声信号;以及可调谐噪声消除滤波器,其可操作以根据存储的系数来修改抗噪声信号,其中可调谐噪声消除滤波器还可操作以基于用户反馈实时地修改存储的系数,并且生成调谐的抗噪声信号,所述调谐的抗噪声信号对与预确定噪声模型的可调谐偏差建模。图形用户界面可操作以实时地接收对可调谐参数的用户调整,可调谐参数对应于存储的系数中的至少一个。

Description

用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月22日提交的以及标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR END-USERTUNINGOFANACTIVENOISECANCELLINGAUDIODEVICE”的美国临时专利申请No.62/438,450的权益和优先权,所述申请以其整体通过引用并入本文中。
技术领域
本申请总体上涉及音频处理,并且更具体地涉及主动噪声消去音频设备(诸如头戴式耳机)的归一化和校准。
背景技术
主动噪声消除(ANC)是一种噪声减小技术,在其中抗噪声信号(例如,与噪声在幅度上相等但是在相位上相反的信号)通过扬声器生成并且指向其中期望噪声消除的点,诸如人类耳朵。噪声和抗噪声信号在声学上彼此消除。为了实现此效果,典型地实现从麦克风到扬声器的低延时、可编程滤波器路径以生成抗噪声信号。
以移动设备形式的便携式功率的可用性和在半导体方面的发展已经促成了ANC在音频设备(诸如头戴式耳机平台)中的应用。部署高性能ANC的一个障碍是可能需要的校准,诸如通过调整制造组件线中的每个单元。这种校准所需的时间和资源可以取决于ANC 实施方式、ANC技术、部件的选择和设备的声学设计,并且通常促使提高高性能ANC音频设备的成本。生产高性能ANC音频设备的高成本是广泛采用ANC的阻碍之一。
因此,存在对于用于提供有成本效率的主动噪声消除音频设备(诸如头戴式耳机)的改进的系统和方法的持续需要。
发明内容
公开了用于在音频设备中提供主动噪声消除的系统和方法。在一个实施例中,主动噪声消除系统包括传感器,其可操作以感测环境噪声并且生成对应参考信号;固定噪声消除滤波器,其包括主动噪声消除系统的预确定模型,所述主动噪声消除系统的所述预确定模型可操作以生成抗噪声信号;以及可调谐噪声消除滤波器,其可操作以根据存储的系数来修改抗噪声信号,其中可调谐噪声消除滤波器还可操作以基于用户反馈实时地修改存储的系数并且生成调谐的抗噪声信号,所述调谐的抗噪声信号对与预确定噪声模型的可调谐偏差建模。
在各种实施例中,图形用户界面可操作以实时地接收对可调谐参数的用户调整,所述可调谐参数对应于存储的系数中的至少一个。提供扬声器以接收抗噪声信号并且生成抗噪声以消除在消除地带中的噪声。在各种实施例中,主动噪声消除系统可以在头戴式耳机、耳塞或其它主动噪声消除设备中实现。可通信地耦合到可调谐噪声消除滤波器的主机设备可操作以接收对存储的系数的用户调整并且将调整的系数发送到可调谐噪声消除滤波器。各种实施例可以使用数字信号处理器来实现。在一个实施例中,可调谐噪声消除滤波器还包括可编程固件,并且主机设备包括固件接口,所述固件接口可操作以通过以下操作实时地调整存储的系数:通过固件接口修改可编程固件。
在各种实施例中,噪声消除方法包括从外部传感器接收参考信号,所述参考信号表示外部噪声;通过固定噪声消除滤波器来处理参考信号以生成抗噪声信号;通过可调谐噪声消除滤波器来处理抗噪声信号以生成调谐的抗噪声信号;将调谐的抗噪声信号输出到扬声器;以及响应于噪声消除地带中的感知的外部噪声而实时地调整可调谐噪声消除滤波器的系数。在一个实施例中,外部麦克风、可调谐噪声消除滤波器、固定噪声消除滤波器和扬声器被包含在头戴式耳机中。
在一个实施例中,固定噪声消除滤波器包括头戴式耳机的预确定模型,所述头戴式耳机的所述预确定模型用于生成抗噪声信号以消除噪声消除地带中的外部噪声。噪声消除地带可以是用户的耳朵相对于扬声器的位置。可调谐噪声消除滤波器可以对与预确定模型的潜在偏差建模。在一个实施例中,通过以下操作来调整系数:响应于调谐的抗噪声信号而通过图形用户界面调整自定义参数;以及修改与可调谐噪声消除滤波器相关联的固件以根据用户输入调整系数。
在一个实施例中,主动噪声消除设备包括传感器,其可操作以感测环境噪声并且生成对应模拟参考信号;模数转换器,其可操作以将模拟参考信号转换为数字参考信号;固定噪声消除滤波器,其包括主动噪声消除系统的预确定模型,所述主动噪声消除系统的所述预确定模型可操作以接收数字参考信号并且生成抗噪声信号;以及可调谐噪声消除滤波器,其可操作以根据存储的系数修改抗噪声信号,其中可调谐噪声消除滤波器还可操作以基于用户反馈实时地修改存储的系数并且生成调谐的抗噪声信号,所述调谐的抗噪声信号对与预确定噪声模型的可调谐偏差建模。
主动噪声消除设备可以还包括可操作以接收期望音频信号的音频输入和可操作以组合期望音频信号与调谐的抗噪声信号以生成输出信号的加法器;以及扬声器,其可操作以接收输出信号并且将输出信号输出到噪声消除地带。提供图形用户界面以实时地接收对可调谐参数的用户调整,可调谐参数对应于存储的系数中的至少一个。在各种实施例中,主动噪声消除设备可以包括头戴式耳机、耳塞或其它主动噪声消去设备。
本发明的范围由权利要求限定,所述权利要求通过引用并入本部分中。通过考虑一个或多个实施例的以下详细描述,将给予本领域技术人员对本发明的实施例的更完整的理解以及其附加优点的实现。将参考将首先被简要描述的附图页。
附图说明
参考以下附图和随后的详细描写,可以更好地理解本公开的各方面及其优点。应当理解的是,相同的附图标记用于标识一个或多个附图中所图示的相同的元件,其中那里的示出是为了说明本公开的实施例的目的,而不是为了限制相同内容目的。附图中的部件不一定按比例绘制,而是将重点放在清楚地说明本公开的原理上。
图1是图示根据本发明的实施例的换能器灵敏度的容差与噪声消除性能之间的关系的图。
图2图示了根据本发明的实施例的用于主动噪声消除耳机的归一化和校准的系统。
图3图示了根据本发明的实施例的用于主动噪声消去头戴式耳机的终端用户调谐系统。
图4是图示根据本发明的实施例的用于主动消去音频设备的终端用户调谐的示例性方法的流程图。
图5是根据本发明的实施例的示例性用户界面。
图6是根据本公开的实施例的示例性硬件系统的框图。
具体实施方式
根据本公开的各种实施例,提供了用于调谐音频设备中的主动噪声消除的系统和方法。控制噪声场是极度困难的问题(例如,由于叠加原理),并且消除性能可以因单位而显著波动。该变化可以是由于多种因素,包括换能器特性和几何匹配的变化。在本文中公开的各种实施例中,终端用户可以基于他/她的主观判断来调整或调谐ANC性能,由此免除了生产线上费力且贵的归一化和校准步骤的必要性。
参考图1,100图示了对换能器灵敏度所要求的容差与噪声消除性能之间的关系。如所示出的那样,在某个频率处需要的噪声消除越高,由换能器灵敏度变化引起的对消除性能的影响越大。麦克风和扬声器驱动器灵敏度可以因单位而变化,从而导致噪声消除性能中的不期望的变化。
参考图2,现在将描述用于实现耳机中的主动噪声消除的系统200的实施例。系统200包括音频设备,诸如头戴式耳机210;以及处理电路,其包括数字信号处理器(DSP) 220、数模转换器(DAC)230、放大器232、主麦克风240、扬声器250和误差麦克风262。在操作中,收听者可以听到通过头戴式耳机210的部件和外壳的外部噪声d(n),所述外部噪声d(n)可能干扰通过扬声器250播放的期望音频信号(未示出)。为了消除噪声 d(n),主麦克风240感测外部噪声,从而生成通过模数转换器(ADC)242馈送到DSP 220的参考信号x(n)。DSP 220生成抗噪声信号,所述抗噪声信号通过DAC 230和放大器 232馈送到扬声器250,以生成噪声消除地带260中的抗噪声信号y'(n)。当抗噪声y'(n) 与在噪声消除地带260中接收的噪声d(n)在幅度上相等并且在相位上相反时,噪声消去头戴式耳机210将消除在噪声消除地带260中的噪声d(n)。在一个实施例中,噪声消除地带260表示收听者的耳朵或耳道。在一些实施例中,可以不存在显式误差麦克风,并且使用预测量的传递函数来确定由DSP 220执行的适当计算。
头戴式耳机210的物理几何形状和匹配变化可以影响噪声消除性能。头戴式耳机的频率响应可以由于头戴式耳机的制造期间的机械变化而变化。此外,头戴式耳机典型地由一体适用的观点(one-size-fit-all perspective)来制造,但是因人的耳廓/外耳的形状的变化可以显著地更改ANC应用中的感兴趣的声学传递函数。麦克风-扬声器距离(microphone-speaker distance)、耳道的长度上的因人的差异以及其它因素中的变化可以影响实际消除性能,并且导致噪声消除地带中的不期望的噪声。
要减小由制造容差引起的ANC性能变化的一种方法是通过经由校准过程测量和校正生产线中逐单元的性能变化。例如,为了校准主动噪声消除,可以在消除地带260中提供误差麦克风262。误差麦克风262感测噪声消除地带260内的声音,所述声音可以由扬声器250和扬声器250外部的一个或多个噪声源生成。接收的误差信号e(n)是感测的噪声d (n)和感测的抗噪声y'(n)的总和。误差信号e(n)通过ADC 264馈送到DSP 220。DSP 220调整消除信号的幅度和相位以最小化消除地带262内的误差信号e(n),使得误差信号e (n)被驱动为零。在一个实施例中,扬声器250还可以生成期望信号,该期望信号在生成抗噪声之前从误差信号e(n)中被移除。然而,该方法未能解决终端用户的匹配/耳朵形状的差异,所述终端用户的匹配/耳朵形状的差异可以更改对于终端用户需要消除噪声的消除地带的位置。此外,使用误差麦克风进行校准的生产线方法可显著增加制造的总成本并且导致昂贵的产品。
可以使用多种方法来解决归一化问题。在一种方法中,误差校正内部麦克风可以用在扬声器和耳鼓之间。在实践中,诸如图2中所图示的误差校正麦克风解决方案由于需要额外的麦克风和附加的处理电路而是昂贵的。另一种方法是利用如上所述的自定义校准序列和装备来校准工厂组件线上的装备。又一种方法可以是在换能器说明书上规定较严格的容差或者通过经由仔细的头戴式耳机设计减小匹配变化。这些方法最终导致较高的生产成本。
参考图3,将描述校准/归一化系统和方法的实施例,其中归一化可由终端用户调整。校准/归一化方法典型地假设反馈信号的可用性,所述反馈信号的可用性指示消除的质量。通常,反馈传感器是安装在耳朵、头部或躯干模拟器/等效装备上的麦克风。所公开的实施例通过调谐ANC滤波器来利用从终端用户的听觉导出的用户反馈,使得终端用户听到最小环境的噪声。将领会的是,本文中所公开的实施例可与各种ANC系统一起利用,所述各种ANC系统包括效用误差麦克风以用于反馈的ANC系统。
在一个实施例中,用户打开连接到主机设备304的音频设备,诸如ANC设备302。在各种实施例中,ANC设备可以被实现为头戴式耳机、入耳式头戴式耳机、耳塞和其它 ANC实施方式。主机设备304可以是例如智能电话、移动设备、音频系统、个人计算机、膝上型计算机或其它处理系统。在一些实施例中,主机设备304和ANC设备302并入到单个单元中。在一个实施例中,用户可利用主机设备304上的专用应用340,所述专用应用 340提供改变在感知的残余噪声量中立即被反映的某些参数的直观方式。用户可以利用直观控件进行实验并且确定最佳设置(基于他的/她的感知反馈机制)。然后,用户可以冻结/保存最佳分布。
ANC设备302包括用于生成抗噪声信号的部件,包括用于感测要被消除的噪声的麦克风320、模数转换器(ADC)322、抽取滤波器324、自定义ANC电路326、固定ANC 电路328和内插滤波器332。音频源334向ANC设备302提供期望音频信号,所述期望音频信号被添加到抗噪声信号并且通过∑-△数模转换器336放大,该∑-△数模转换器336驱动收听设备339(诸如耳机)中的扬声器338。
在一个实施例中,固定ANC电路328执行常规ANC滤波器的物理建模和均衡。可使用从测试环境确定的参数(诸如来自ANC设备302的原型样本的测量结果)来配置固定 ANC电路328。自定义ANC电路326包括可编程参数,所述可编程参数可经由(诸如图5 中所图示的)外部接口来配置,从而允许用户精细调谐ANC路径的总响应。在一个实施例中,自定义ANC电路326在生产中被预编程以归一化制造变化。在备选实施例中,可切换固定ANC 328和自定义ANC 326的顺序。在另一实施例中,在实现固定和可用户化参数两者的音频处理链中提供单个可调谐滤波器。
自定义ANC电路326的可调谐参数被转化到终端用户可以通过调谐接口340进行调整的直观控件中。调整的控件被传送到固件接口350,所述固件接口350将控件映射回到自定义ANC电路326的可调谐参数。当处于噪声环境中时,用户可以访问调谐接口340(其可以被实现为在主机设备304上运行并且使用用户的感知反馈360的图形用户界面)确定参数,所述参数最好地匹配耳机339和用户的音响装置(例如,耳道和耳鼓362)。在一个实施例中,用户偏好可以针对不同的收听环境和头戴式耳机用户被存储在主机设备304的存储器中,并且基于通过调谐接口的用户标识符或选择而被选择。
在一个实施例中,可调谐参数可表示每个耳朵中的ANC路径上的增益。通过调整抗噪声信号的增益,用户可补偿耳机中的麦克风和扬声器中的灵敏度变化。在另一实施例中,可调谐参数可用于更改ANC滤波器路径的群延迟响应。通过调整抗噪声信号的相位,用户可以补偿ANC设备和噪声消除地带的结构中的变化。可调谐参数还可用于调整耳机模型中的值,从而允许要针对设备被计算的新ANC滤波器。例如,可以预期的是,耳朵和头戴式耳机之间的密封因人而变化,并且可以随时间而改变。用户还可基于其自己的物理特征体验不同水平的声音泄漏。对于不同水平的泄漏,可能需要不同的ANC滤波器设置来最优化性能。使用基于类似泄漏的物理分位数的参数化来预测ANC滤波器设置的耳机模型可允许使用用户反馈来进一步用户化ANC滤波器。在各种实施例中,上述参数中的一些或全部可由用户更改。
参考图4,现在将描述用于主动噪声消除的方法400。在步骤402中,主动噪声消除系统接收与要被消除的外部噪声相关联的参考信号。如上所述,可以通过外部麦克风接收参考信号。在步骤404中,通过自定义滤波器处理参考信号以将参考信号调谐到环境和用户条件。接下来,在步骤406中,通过固定滤波器处理调谐的信号,以生成具有与在噪声消除地带中接收的外部噪声大体上相同的幅度和相反的相位的抗噪声信号。在各种实施例中,步骤 404和406可以以不同的顺序执行或组合成单个步骤。在步骤408中,通过扬声器朝向噪声消除地带(诸如收听者的耳朵)输出抗噪声信号。在步骤410中,在收听扬声器输出的同时,用户访问用户界面以手动调谐自定义滤波器,从而允许用户针对当前环境和用户条件最优化噪声消除。在一个实施例中,用户控件允许调整抗噪声信号的增益和相位。
图5图示了根据本发明的实施例的示例性用户界面。如所图示,用户界面500包括显示图形用户界面(诸如触摸屏设备上的网格504)的显示屏502。在一个实施例中,网格504是二维网格,其中每个维度(X,Y)表示用于调谐噪声消除的系数值。在操作中,通过噪声消去音频设备主动收听的用户在主动收听和反应于感知的噪声水平的同时可以接触屏幕并且拖拽圆点504以改变参数(X,Y)。在备选实施例中,可以使用一维控件(类似于 EQ调谐)或2D滑块来实现用户界面,其中每个滑块调整一个或多个系数。此外,在各种实施例中,可以通过其它可用的系统输入设备(诸如鼠标或键盘)来操纵该圆点。
如所图示,圆点506的每个位置对应于将被转化到ANC设置中的新的一对参数。该对可以是应用于同一耳朵中的ANC设置的两个系数或者是针对每个耳朵一个系数。在各种实施例中,GUI可以被扩展为包括可以独立被移动的多于一个的点,其中每个点对应于新的系数对,因此在自定义调谐中给出更多的自由度。在一个实施例中,该对参数分别表示增益和相位参数。
如所讨论,可由在一些实施例中可包括一个或多个子系统及其相关部件的一个或多个系统实现本文中所提供的各种技术。例如,图6图示了根据本公开的实施例的示例硬件系统600的框图。在这点上,系统600可用于实现本文中所描述的各种块、处理及操作的任何期望组合,包括实现图3的主机设备304和ANC设备302的一个或多个块。尽管在图6中图示了多种部件,但是在各种实施例中,在适当之时可以针对不同类型的设备添加和/或省略部件。
如所示出的,系统600包括输入/输出640,所述输入/输出640可以包括例如用于将系统600连接到耳机的音频输入/输出接口。系统600包括处理器625、存储器630、显示器645和用户控件650。处理器625可以被实现为一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)(例如,场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、片上的场可编程系统(FPSC)或其它类型的可编程器件)、编解码器和/ 或其它处理设备。
在一些实施例中,处理器625可以执行存储在存储器630中的机器可读指令(例如,软件、固件或其它指令)。在这点上,处理器625可执行本文中所描述的各种操作、过程和技术中的任何。在其它实施例中,可以利用专用硬件部件代替和/或补充处理器625以执行本文中描述的各种技术的任何期望组合。
存储器630可以被实现为存储各种机器可读指令和数据的机器可读介质。例如,在一些实施例中,存储器630可以将操作系统632和一个或多个应用634存储为可以由处理器625读取和执行以执行本文中描述的各种技术的机器可读指令。存储器630还可以存储由操作系统632和/或应用634使用的数据636。在一些实施例中,存储器630可以被实现为非易失性存储器(例如,闪速存储器、硬盘驱动器、固态驱动器或其它非暂时性机器可读介质)、易失性存储器或其组合。
显示器645向系统600的用户呈现信息。在各种实施例中,显示器645可以被实现为液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器和/或任何其它适当的显示器。用户控件650接收用户输入以操作系统600(例如,以调整所讨论的参数)。在各种实施例中,用户控件650可以被实现为一个或多个物理按钮、键盘、控制杆、操纵杆和/或其它控件。在一些实施例中,用户控件650可以与显示器645集成为触摸屏。
在各种实施例中,系统620可以用于提供声学噪声消除设备(诸如通过I/O 640连接到系统620的头戴式耳机的集合)的主动用户调谐。在这样的实施例中,处理器625可以运行被存储在存储器中的应用634,从而提供在显示器645上显示的并且由用于调整声学噪声消除设备的参数的用户控件650所控制的图形用户界面。
前述公开并非旨在将本公开限制于所公开的精确形式或特定使用领域。因此,可以设想的是,根据本公开,无论是否在本文中明确描述或暗示,对本公开的各种备选实施例和 /或修改是可能的。在已经像这样描述了本公开的实施例的情况下,本领域的普通技术人员将认识到的是,在不脱离本公开的范围的情况下,可以在形式和细节上做出改变。因此,本公开仅由权利要求所限制。

Claims (18)

1.一种主动噪声消除系统,包括:
传感器,其被操作以感测环境噪声并且生成对应参考信号;
固定噪声消除滤波器,其包括所述主动噪声消除系统的预确定模型,所述主动噪声消除系统的所述预确定模型被操作以通过处理所述参考信号来生成抗噪声信号;以及
可调谐噪声消除滤波器,其被操作以根据包括至少一个用户可调谐参数的存储的系数修改所述抗噪声信号,其中所述可调谐噪声消除滤波器还被操作以基于用户反馈实时地修改所述存储的系数并且通过调整所述抗噪声信号的增益和/或相位来生成调谐的抗噪声信号。
2.根据权利要求1所述的主动噪声消除系统,还包括图形用户界面,所述图形用户界面被操作以实时地接收对可调谐参数的用户调整,所述可调谐参数对应于所述存储的系数中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的主动噪声消除系统,还包括扬声器,所述扬声器被操作以接收所述抗噪声信号并且生成抗噪声以消除在消除地带中的所述噪声。
4.根据权利要求1所述的主动噪声消除系统,其中所述主动噪声消除系统是头戴式耳机。
5.根据权利要求1所述的主动噪声消除系统,还包括可通信地耦合到所述可调谐噪声消除滤波器的主机设备,所述主机设备包括调谐接口,所述调谐接口被操作以接收对所述存储的系数的用户调整并且将调整的系数发送到所述可调谐噪声消除滤波器。
6.根据权利要求5所述的主动噪声消除系统,还包括数字信号处理器,并且其中所述可调谐噪声消除滤波器实现在所述数字信号处理器内。
7.根据权利要求6所述的主动噪声消除系统,其中所述可调谐噪声消除滤波器还包括可编程固件,并且其中所述主机设备还包括固件接口,所述固件接口被操作以通过以下操作实时地调整所述存储的系数:通过所述固件接口修改所述可编程固件。
8.根据权利要求7所述的主动噪声消除系统,其中所述主机设备包括计算机、平板设备和移动设备中的一个。
9.一种用于主动噪声消除的方法,包括:
从外部传感器接收参考信号,所述参考信号表示外部噪声;
通过固定噪声消除滤波器来处理所述参考信号,其中所述固定噪声消除滤波器包括用于生成抗噪声信号来消除噪声消除地带中的外部噪声的预确定模型;
通过可调谐噪声消除滤波器、根据包括至少一个用户可调谐参数的存储的系数来处理所述抗噪声信号以通过调整所述抗噪声信号的增益和/或相位来生成调谐的抗噪声信号;
将所述调谐的抗噪声信号输出到扬声器;以及
响应于所述噪声消除地带中的感知的外部噪声而实时地调整所述可调谐噪声消除滤波器的系数。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述外部传感器、所述可调谐噪声消除滤波器、所述固定噪声消除滤波器和所述扬声器被包含在头戴式耳机中。
11.根据权利要求9所述的方法,其中所述噪声消除地带是用户的耳朵相对于所述扬声器的位置。
12.根据权利要求9所述的方法,其中调整所述系数的步骤包括:
响应于所述调谐的抗噪声信号而通过图形用户界面调整自定义参数;以及
修改与所述可调谐噪声消除滤波器相关联的固件以根据用户输入调整所述系数。
13.主动噪声消除设备,包括:
传感器,其被操作以感测环境噪声并且生成对应模拟参考信号;
模数转换器,其被操作以将所述模拟参考信号转换为数字参考信号;
固定噪声消除滤波器,其包括所述主动噪声消除设备的预确定模型,所述主动噪声消除系统的所述预确定模型被操作以接收所述数字参考信号并且生成抗噪声信号;以及
可调谐噪声消除滤波器,其被操作以根据包括至少一个用户可调谐参数的存储的系数修改所述抗噪声信号,其中所述可调谐噪声消除滤波器还被操作以基于用户反馈实时地修改所述存储的系数并且通过调整所述抗噪声信号的增益和/或相位来生成调谐的抗噪声信号。
14.根据权利要求13所述的主动噪声消除设备,还包括被操作以接收期望音频信号的音频输入和被操作以组合所述期望音频信号与所述调谐的抗噪声信号以生成输出信号的加法器。
15.根据权利要求14所述的主动噪声消除设备,还包括扬声器,所述扬声器被操作以接收所述输出信号并且将所述输出信号输出到噪声消除地带。
16.根据权利要求15所述的主动噪声消除设备,还包括图形用户界面,所述图形用户界面被操作以实时地接收对可调谐参数的用户调整,所述可调谐参数对应于所述存储的系数中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的主动噪声消除设备,其中所述主动噪声消除设备是头戴式耳机。
18.根据权利要求16所述的主动噪声消除设备,其中所述主动噪声消除设备是耳塞。
CN201780079748.7A 2016-12-22 2017-12-22 用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统 Active CN110073676B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662438450P 2016-12-22 2016-12-22
US62/438450 2016-12-22
PCT/US2017/068354 WO2018119463A1 (en) 2016-12-22 2017-12-22 Methods and systems for end-user tuning of an active noise cancelling audio device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110073676A CN110073676A (zh) 2019-07-30
CN110073676B true CN110073676B (zh) 2022-11-29

Family

ID=62627979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780079748.7A Active CN110073676B (zh) 2016-12-22 2017-12-22 用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11030989B2 (zh)
JP (1) JP7068310B2 (zh)
CN (1) CN110073676B (zh)
DE (1) DE112017006512T5 (zh)
WO (1) WO2018119463A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10609475B2 (en) 2014-12-05 2020-03-31 Stages Llc Active noise control and customized audio system
US10609468B2 (en) * 2016-09-16 2020-03-31 Avatronics Sarl Active noise cancellation system for headphone
US10945080B2 (en) 2016-11-18 2021-03-09 Stages Llc Audio analysis and processing system
CN115442693A (zh) * 2017-06-26 2022-12-06 高等工艺学校 用于评估耳机的拟合质量的系统、音频可佩戴设备和方法
WO2020061215A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-26 Dolby Laboratories Licensing Corporation Methods and devices for controlling audio parameters
EP3644307A1 (en) * 2018-10-23 2020-04-29 AMS Sensors UK Limited Tuning method, manufacturing method, computer-readable storage medium and tuning system
CN111836147B (zh) * 2019-04-16 2022-04-12 华为技术有限公司 一种降噪的装置和方法
KR102263250B1 (ko) * 2019-08-22 2021-06-14 엘지전자 주식회사 엔진 소음 제거 장치 및 엔진 소음 제거 방법
US11026034B2 (en) * 2019-10-25 2021-06-01 Google Llc System and method for self-calibrating audio listening devices
CN111436014B (zh) * 2019-12-03 2022-01-04 珠海市杰理科技股份有限公司 主动降噪耳机的滤波装置、滤波方法以及主动降噪耳机
CN111885459B (zh) * 2020-07-24 2021-12-03 歌尔科技有限公司 一种音频处理方法、音频处理装置、智能耳机
US11418878B1 (en) * 2021-04-02 2022-08-16 Synaptics Incorporated Secondary path identification for active noise cancelling systems and methods
CN113423036B (zh) * 2021-06-25 2022-07-29 歌尔科技有限公司 一种降噪设备的测试方法及降噪测试装置
CN114466278B (zh) * 2022-04-11 2022-08-16 北京荣耀终端有限公司 一种耳机模式对应的参数确定方法、耳机、终端和系统

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6996241B2 (en) * 2001-06-22 2006-02-07 Trustees Of Dartmouth College Tuned feedforward LMS filter with feedback control
WO2006036262A2 (en) * 2004-09-23 2006-04-06 Thomson Licensing Method and apparatus for controlling a headphone
JP5007561B2 (ja) * 2006-12-27 2012-08-22 ソニー株式会社 ノイズ低減装置、ノイズ低減方法、ノイズ低減処理用プログラム、ノイズ低減音声出力装置およびノイズ低減音声出力方法
KR100935769B1 (ko) 2008-05-02 2010-01-06 소리젠 주식회사 피드백 제어를 갖는 주파수 특성 보상형 능동형 소음 제어장치 및 방법
US8406430B2 (en) 2009-11-19 2013-03-26 Infineon Technologies Ag Simulated background noise enabled echo canceller
JP2013102370A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Sony Corp ヘッドホン装置、端末装置、情報送信方法、プログラム、ヘッドホンシステム
US9143858B2 (en) * 2012-03-29 2015-09-22 Csr Technology Inc. User designed active noise cancellation (ANC) controller for headphones
US9516407B2 (en) * 2012-08-13 2016-12-06 Apple Inc. Active noise control with compensation for error sensing at the eardrum
US9532139B1 (en) 2012-09-14 2016-12-27 Cirrus Logic, Inc. Dual-microphone frequency amplitude response self-calibration
DK2874409T3 (en) * 2013-11-15 2018-12-10 Oticon As Hearing aid with adaptive feedback path estimation
US9445184B2 (en) 2013-12-03 2016-09-13 Bose Corporation Active noise reduction headphone
GB2527126B (en) 2014-06-13 2019-02-06 Elaratek Ltd Noise cancellation with dynamic range compression
JP2016015585A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 ソニー株式会社 信号処理装置、信号処理方法及びコンピュータプログラム
US10497353B2 (en) * 2014-11-05 2019-12-03 Voyetra Turtle Beach, Inc. Headset with user configurable noise cancellation vs ambient noise pickup
US9508335B2 (en) * 2014-12-05 2016-11-29 Stages Pcs, Llc Active noise control and customized audio system
US20160161588A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Stages Pcs, Llc Body-mounted multi-planar array
US9516416B2 (en) * 2015-04-27 2016-12-06 Lab9 Inc. Multi-loudspeaker active noise cancelling headphone providing stereo effct and improved ambient noise reduction
US10026388B2 (en) * 2015-08-20 2018-07-17 Cirrus Logic, Inc. Feedback adaptive noise cancellation (ANC) controller and method having a feedback response partially provided by a fixed-response filter

Also Published As

Publication number Publication date
US20180182371A1 (en) 2018-06-28
JP7068310B2 (ja) 2022-05-16
US11030989B2 (en) 2021-06-08
JP2020503551A (ja) 2020-01-30
DE112017006512T5 (de) 2019-10-24
WO2018119463A1 (en) 2018-06-28
CN110073676A (zh) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110073676B (zh) 用于主动噪声消去音频设备的终端用户调谐的方法和系统
US11503409B1 (en) Spatial headphone transparency
EP3114854B1 (en) Integrated circuit and method for enhancing performance of audio transducer based on detection of transducer status
CN111133505B (zh) 声学设备中的并行主动降噪(anr)和穿过收听信号流路径
CN107408380B (zh) 控制反馈有源噪音消除的性能和稳定性的电路和方法
US8447045B1 (en) Multi-microphone active noise cancellation system
CN106664333B (zh) 频率相关侧音校准
CN106797513B (zh) 自动校准的噪音消除头戴式耳机
US9516407B2 (en) Active noise control with compensation for error sensing at the eardrum
EP2975863A1 (en) Noise cancellation system
US11468875B2 (en) Ambient detector for dual mode ANC
JPWO2009041012A1 (ja) ノイズ制御システム
JP2018530940A (ja) 固定応答フィルタによって部分的に提供されるフィードバック応答を有するフィードバック適応雑音消去(anc)コントローラおよび方法
CN108140380B (zh) 具有部分地由固定响应滤波器提供的反馈响应的自适应消噪反馈控制器及方法
US11386881B2 (en) Active noise cancelling based on leakage profile
CN111052226A (zh) 噪声消除系统、噪声消除头戴式耳机和噪声消除方法
CN111656435A (zh) 用于确定启用噪声消除的音频设备的响应函数的方法
CN114080638A (zh) 具有多个前馈麦克风的anr系统中的增益调整
EP3486896B1 (en) Noise cancellation system and signal processing method
JP2019532355A (ja) ヘッドホンのためのアクティブノイズ消去システム
KR20210092845A (ko) 견고한 적응형 잡음 소거 시스템 및 방법
US20230282196A1 (en) Active noise cancellation device and method
CN117676424A (zh) 头外定位处理装置、头外定位处理方法以及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant