CN110225429A - 主动降噪方法、装置及耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动降噪方法，用于具有限幅器、第一滤波器和反馈滤波器的耳机，所述方法包括：根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号；利用第一滤波器对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节；利用反馈滤波器生成消噪信号。本发明还提供了与该主动降噪方法相对应的主动降噪装置及耳机。通过改变触发限幅器的参考信号，消除了音频信号的干扰作用，避免出现限幅器误触发；限幅器触发后会维持滤波器在低增益工作一定时间，防止限幅器工作状态频繁切换产生杂音；限幅器输入信号经过滤波器去除低频干扰信号，减轻主动降噪耳机由于物理运动引起的杂音。

Description

主动降噪方法、装置及耳机

技术领域

本发明涉及耳机的主动降噪领域，具体而言，涉及一种主动降噪方法、装置及耳机。

背景技术

对于反馈式主动降噪耳机，需要根据降噪耳机的声学特性设计反馈滤波器，反馈滤波器基于耳机内的麦克风检测到的噪声信号进行处理并生成消噪信号，消噪信号经扬声器播出消噪声波，消噪声波与噪声声波干涉，实现消噪点噪声的消除，基于反馈滤波器的降噪系统形成一个闭环回路，该降噪系统存在如下问题：降噪耳机在佩戴过程中受到挤压引起耳机内声学特性的巨变，进一步引发闭环回路出现不稳定，最终导致降噪耳机发生啸叫，啸叫会严重影响用户体验，造成听力损伤。

为解决上述的啸叫问题，通常会使用限幅器将反馈滤波器的输出限制在一个合理的范围内，但是现阶段限幅器的使用存在如下问题：1)限幅器容易误触发。限幅器的触发信号为耳罩内的声信号，耳罩内的声音不仅有噪声，也可能有耳机播放的音频声，当该音频的音量较大时，即使没有产生啸叫，也会触发限幅器工作；2)限幅器容易导致其他杂音出现。声音持续时间极短且响度不太大时，该声音会被人耳忽略，因此为了消除啸叫声，必须在极短时间内降低滤波器的增益，使得人耳听不见短暂的声音。但是，增益变化太快时，又会有类似“阶跃响应”的现象出现，耳朵会听到轻微的响声。当耳机处于异常状态(如剧烈摇头)时，限幅器在工作与不工作之间来回切换，这种响声频繁出现，人耳会听到噼里啪啦的声音。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种主动降噪方法、装置及耳机，以避免限幅器的误触发以及限幅器由于使用和设计不同引起主动降噪耳机出现的杂音现象。

第一方面，本发明提出一种主动降噪方法，用于具有限幅器、第一滤波器和反馈滤波器的耳机，所述主动降噪方法包括：

根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号；

利用第一滤波器对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；

基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节；

利用反馈滤波器生成消噪信号。

进一步地，所述根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号，包括：

确定耳机的次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数；

基于所述噪声信号、音频信号、次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数，确定限幅器的第一输入信号。

进一步地，所述第一滤波器为截止频率在100Hz-200Hz的高通滤波器。

进一步的，所述基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节，包括：

设定限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间；

基于所述第二输入信号，根据所述限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节。

第二方面，本发明还提供一种主动降噪装置，用于耳机，所述主动降噪装置包括麦克风、反馈滤波器、扬声器、限幅器；

所述麦克风与所述反馈滤波器连接，所述反馈滤波器分别与所述扬声器、所述限幅器连接；

所述限幅器用于：根据噪声信号和音频信号确定第一输入信号；对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；以及基于所述第二输入信号，对所述反馈滤波器的增益进行调节；

所述反馈滤波器用于生成消噪信号。

进一步地，所述限幅器包括：信号预处理模块和限幅模块；

所述信号预处理模块与所述限幅模块连接。

进一步地，所述信号预处理模块包括计算模块和滤波模块；

所述计算模块与所述滤波模块连接。

进一步的，所述滤波模块为第一滤波器，所述第一滤波器用于对所述第一输入信号进行滤波，得到所述第二输入信号。

第三方面，本发明还提供一种主动降噪耳机，其包括如上所述的主动降噪装置，还包括耳机壳体；

所述主动降噪装置放置在所述耳机壳体形成的腔体内。

进一步地，在所述主动降噪耳机中，所述麦克风放置在靠近所述扬声器的前腔内。

本发明提出一种主动降噪方法，用于具有限幅器、第一滤波器和反馈滤波器的耳机，所述主动降噪方法包括：根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号；利用第一滤波器对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节；利用反馈滤波器生成消噪信号。通过改变触发限幅器的参考信号，消除了音频信号的干扰作用，避免出现限幅器误触发；限幅器触发后会维持滤波器在低增益工作一定时间，防止限幅器工作状态频繁切换产生杂音；限幅器输入信号经过滤波器去除低频干扰信号，减轻主动降噪耳机由于物理运动引起的杂音。本发明还提供了与该主动降噪方法相对应的主动降噪装置及耳机。

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为本发明的实施例1提供的一种主动降噪方法的步骤流程图；

图2为本发明的实施例1提供的方法中的限幅器的接收信号的形成原理框图；

图3为本发明的实施例2提供的主动降噪装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

实施例1

如图1所示的主动降噪方法步骤流程图，参考图1，本实施例1提出一种主动降噪方法，用于具有限幅器、第一滤波器和反馈滤波器的耳机，所述主动降噪方法包括以下步骤：

S100：根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号；

S200：利用第一滤波器对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；

S300：基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节；

S400：利用反馈滤波器生成消噪信号。

在一个实施方式中，上述步骤S100包括如下步骤：

S101：确定降噪耳机的次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数；

S102:基于噪声信号、音频信号、次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数，确定限幅器的第一输入信号。

如图2所示的限幅器接收信号形成框图，参考图2，其中，x为输入音频信号，E为耳罩内噪音，Q为均衡器传递函数，当不考虑对于均衡器特性对限幅器触发信号影响时，Q可设为1。S次级通道传输特性传递函数，Y为麦克风接收的信号，G为反馈滤波器传递函数，e为扬声器接收的信号。x和Y为可测量信号。由此可以得到：

Y＝(xQS+E)/(1-SG)

限幅器在现有技术中的使用，通常采用麦克风接收的信号Y作为触发信号，由Y的表达式可知，Y中含有输入音频信号x的成分，将这一部分去掉即可只保留E的成分。利用

Y-xQS/(1-SG)＝E/(1-SG)

作为触发限幅器的触发信号，即可消除音频信号x的干扰，从而避免音频信号x过大而误触发限幅器的情况出现。

在一个实施方式中，第一滤波器为截止频率在100Hz-200Hz的高通滤波器。利用高通滤波器可以滤除存在的低频干扰信号。优选地，截止频率可设置为150Hz。

在一个实施方式中，上述步骤S300进一步包括如下步骤：

S301：设定限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间；

S302：基于第二输入信号，根据限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节。

限幅器在现有技术使用过程中，当反馈滤波器增益降低后，降噪系统恢复稳定，啸叫声消除，触发限幅器停止工作，若当前仍处于非正常状态，就可能再次引发啸叫。因此，当限幅器开始工作时，以一定的速率使反馈滤波器增益下降，并维持下降后的增益一段时间，在这该时间段内，即使限幅器的触发信号很小，限幅器也不停止工作，直到该时段结束后，才恢复增益值至原来的大小。

第二输入信号作为限幅器的触发信号，当其大于触发阈值时，限幅器开始工作，限幅器对反馈滤波器的增益进行调节，通过调节速率限制增益的变化快慢，并通过维持时间保证反馈滤波器增益在变化后的新增益值维持一段时间，避免了限幅器在工作和不工作之间来回切换。优选地，维持时间可根据耳机佩戴的动态过程持续的时间决定，如将维持时间定为2s。调节速率可根据调节幅度与调节时间确定，优选地，调节幅度为-20dB,调节速率＝调节幅度/调节时间确定。

在本实施例1提供的上述主动降噪方法中，通过改变触发限幅器的参考信号，消除了音频信号的干扰作用，避免出现限幅器误触发；限幅器触发后会维持滤波器在低增益工作一定时间，防止限幅器工作状态频繁切换产生杂音；限幅器输入信号经过滤波器去除低频干扰信号，减轻主动降噪耳机由于物理运动引起的杂音。

实施例2

如图3所示的主动降噪装置结构示意图，参考图3，该主动降噪装置包括：麦克风100、滤波器200、扬声器300、限幅器400；麦克风100与滤波器200连接，滤波器200分别与扬声器300、限幅器400连接。

麦克风将检测到的噪声信号分别传输至滤波器200和限幅器400，限幅器400根据麦克风检测到的噪声信号以及另一输入的音频信号，输出对滤波器200的增益控制信号，滤波器200根据麦克风检测的噪声信号以及限幅器400的增益控制信号，输出消噪信号并传输至扬声器300,扬声器将上述消噪信号转化成声信号。

继续参考图3，在一个实施方式中，限幅器包括信号预处理模块410和限幅模块420，信号预处理模块410与限幅模块420连接。信号预处理模块410根据噪声信号和音频信号确定限幅模块420的触发信号(也即限幅模块420的输入信号)，限幅模块420根据触发信号，判断是否需要工作在限幅模式下，当限幅模块420工作在限幅模式时，输出增益控制信号。

在一个实施方式中，信号预处理模块410包括计算模块411和滤波模块412；计算模块411与滤波模块412连接。计算模块411用于根据噪声信号和音频信号计算出初始触发信号，并将该初始触发信号传输至滤波模块412，滤波模块412对初始触发信号进行高通滤波，滤除低频干扰信号，得到最终的触发信号。

可以理解，在本实施例2中，滤波模块412即相当于上述实施例1中所述的第一滤波器；初始触发信号相当于上述实施例1中所述的第一输入信号；最终的触发信号相当于上述实施例1中所述的第二输入信号；而滤波器200可以相当于上述实施例1中所述的反馈滤波器。

实施例3

本实施例提出一种具有限幅器的主动降噪耳机，包括实施例2提出的主动降噪装置，还包括耳机壳体，主动降噪装置放置在耳机壳体形成的腔体内。

在一个实施方式中，麦克风100放置在靠近扬声器300的前腔内。

在一个实施方式中，滤波器200为反馈滤波器。

通过获取麦克风100至扬声器300的声学特性的传递函数S，基于传递函数S即可设计反馈滤波器。当主动降噪耳机在佩戴过程中存在挤压等非正常的佩戴情况时，传递函数S会发生较大的变化，此时基于变化前的S设计的反馈滤波器，由于鲁棒性不够而导致降噪系统的不稳定，进而出现啸叫。对于具有限幅器的主动降噪装置，限幅器能在反馈滤波器出现啸叫前，通过控制反馈滤波器增益，防止出现啸叫，极大改善了用户体验。

可以理解，在实施例2所述的主动降噪装置和实施例3所述的主动降噪耳机中，都可以应用实施例1的主动降噪方法，通过改变触发限幅器的参考信号，消除了音频信号的干扰作用，避免出现限幅器误触发；限幅器触发后会维持滤波器在低增益工作一定时间，防止限幅器工作状态频繁切换产生杂音；限幅器输入信号经过滤波器去除低频干扰信号，减轻主动降噪耳机由于物理运动引起的杂音。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；还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。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种主动降噪方法，用于具有限幅器、第一滤波器和反馈滤波器的耳机，其特征在于，所述主动降噪方法包括：

根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号；

利用第一滤波器对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；

基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节；

利用反馈滤波器生成消噪信号。

2.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，所述根据噪声信号和音频信号，确定限幅器的第一输入信号，包括：

确定耳机的次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数；

基于所述噪声信号、音频信号、次级通道传声特性传递函数、反馈滤波器传递函数，确定限幅器的第一输入信号。

3.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，所述第一滤波器为截止频率在100Hz-200Hz的高通滤波器。

4.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，所述基于所述第二输入信号，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节，包括：

设定限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间；

基于所述第二输入信号，根据所述限幅器的触发阙值、调节速率以及维持时间，利用限幅器对反馈滤波器的增益进行调节。

5.一种主动降噪装置，用于耳机，其特征在于，所述主动降噪装置包括麦克风、反馈滤波器、扬声器、限幅器；

所述麦克风与所述反馈滤波器连接，所述反馈滤波器分别与所述扬声器、所述限幅器连接；

所述限幅器用于：根据噪声信号和音频信号确定第一输入信号；对所述第一输入信号进行滤波，得到第二输入信号；以及基于所述第二输入信号，对所述反馈滤波器的增益进行调节；

所述反馈滤波器用于生成消噪信号。

6.根据权利要求5所述的主动降噪装置，其特征在于，所述限幅器包括：信号预处理模块和限幅模块；

所述信号预处理模块与所述限幅模块连接。

7.根据权利要求6所述的主动降噪装置，其特征在于，所述信号预处理模块包括计算模块和滤波模块；

所述计算模块与所述滤波模块连接。

8.根据权利要求7所述的主动降噪装置，其特征在于，所述滤波模块为第一滤波器，所述第一滤波器用于对所述第一输入信号进行滤波，得到所述第二输入信号。

9.一种主动降噪耳机，其特征在于，包括如权利要求5-8中任一项所述的主动降噪装置，还包括耳机壳体；

所述主动降噪装置放置在所述耳机壳体形成的腔体内。

10.根据权利要求9所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述麦克风放置在靠近所述扬声器的前腔内。