CN111724760B - 用于音频信号处理的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于噪声相关的音频信号处理的设备，其具有校正麦克风、参考麦克风、分类单元、主动降噪（ANC）单元和第一扬声器。校正麦克风紧邻被设置用于该设备的佩戴者的耳朵的区域地布置而且构造为：记录在该区域的声音信号并将其作为校正信号来转发。参考麦克风布置和构造为：记录来自该设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声并且将其作为参考信号来转发。分类单元构造为：接收参考信号并且根据其频谱及其振幅来将其划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并输出经分类的信号。ANC单元构造为：接收校正信号；基于经分类的信号来对该校正信号进行处理；并输出相对应的音频信号。第一扬声器构造为：接收音频信号并提供相对应的声音信号输出。

Description

用于音频信号处理的设备、系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于噪声相关的音频信号处理的设备和一种用于噪声相关的音频信号处理的系统，该系统具有该用于噪声相关的音频信号处理的设备。本发明还涉及一种用于噪声相关的音频信号处理的方法。
背景技术
救援人员的通信在救灾领域、尤其是在消防员的工作中至关重要。然而，执行这种救援的地区常常非常吵，例如由于警笛、车辆或通风系统的周围环境噪声而非常吵。经此，使得救援人员所需的通信变得非常困难。
公知的是：尤其是在消防领域，通过附加的电通信设备、诸如头载式耳机或头戴式受话器来保证语音通信。在这种情况下，该电通信设备可以构造为：从麦克风接收信号并且与噪声相关地来对这些信号进行处理，使得在这些信号之内的语音成分增强，而且使噪声成分衰减。
发明内容
本发明的任务是：提供一种用于暴露在噪音环境下的人、尤其是用于在救援期间的消防员的经改善的音频信号处理。
按照本发明，为了解决该任务，按照本发明的第一方面，提出了一种用于噪声相关的音频信号处理的设备，该设备具有校正麦克风、参考麦克风、分类单元、主动降噪（ActiveNoise Cancellation，ANC）单元和第一扬声器。
校正麦克风紧邻被设置用于该设备的佩戴者的耳朵的区域地布置，而且构造为：记录在被设置用于该耳朵的区域的声音信号并且将这些声音信号作为校正信号来转发。
参考麦克风布置和构造为：记录来自该设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声并且将这些周围环境噪声作为参考信号来转发。校正麦克风和参考麦克风构造为两个不同的麦克风，按照本发明，这两个不同的麦克风不一样地取向，其中校正麦克风朝向被设置用于该设备的佩戴者的该耳朵的区域取向，而参考麦克风背离该设备的佩戴者地朝向该设备的佩戴者的周围环境取向。
分类单元构造为：接收参考信号并且根据该参考信号的频谱和该参考信号的振幅来将该参考信号划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出经分类的信号。
ANC单元构造为：接收校正信号；基于经分类的信号来对该校正信号进行处理；并且输出相对应的音频信号。
第一扬声器构造为：接收音频信号并且提供相对应的声音信号输出。
本发明所基于的认识在于：就像在已知的通信系统中使用的那样对电子传输的通信信号的纯处理在其中就在救援人员旁边响起喧闹的噪声的情况下并没有帮助。此外，在本发明的范围内已经认识到：纯听力保护可能妨碍救援人员感知在其周围环境中的重要的声音信号、诸如站在周围的人员的语音、车辆噪声或火灾噪声。基于该认识，本发明通过噪声分类和紧接着通过ANC单元进行的与分类相关的处理的结合来解决所提出的任务。
经此，有利地可以将对于救援人员来说重要的信号进行分类，使得这些信号不发生变化、不被增强或者至少只是微弱地衰减。而纯干扰噪声可以通过借助于ANC单元实现的主动降噪来安全被抑制或者至少强烈地被衰减。经此，对于救援人员来说重要的信号能被感知到，而且仍然确保了一定程度的听力保护。
在按照本发明的设备方面还有利的是可简单地集成到现有的通信设备中。这样，信号处理可以在适当的适配的情况下通过现有的通信设备来实施，使得仅须在这种现有的设备中实现对一个参考麦克风或多个参考麦克风的可简单实现的使用。
按照本发明的设备还有利地允许不同的应用，因为不同类别、尤其是不同种类的类别都是可设想的。此外，按照本发明，也可以实现对ANC单元的不同的设置。因而，对按照本发明的设备的个性化的使用也是可能的。
按照本发明的另一优点在于：通过借助于ANC单元来处理校正信号，可以显著减少按照本发明的设备的佩戴者的一般的噪声负荷。这样，这些类别之一可包括所要衰减的噪声，这些噪声通过在声音信号输出的范围内的主动降噪强烈地衰减地被按照本发明的设备的佩戴者感知到。
按照本发明地划分成分类单元和ANC单元作为在该设备之内的不同的电组件也可以被实现为在唯一的处理器之内、尤其是在唯一的电组件之内的功能上的划分。
通过分类单元来划分类别基于用于模式识别的方法，该方法分析所接收到的参考信号的频谱和振幅。原则上，从其它技术领域公知适合于此的用于模式识别的方法，诸如应用神经元网络或者支持向量机或编码簿。如简介所述，这种用于模式识别的方法的具体的实现方案在声音信号处理的领域已知，使得在下文省去了对该方法的详细的描述。
经分类的信号包括参考信号的信号成分到该至少一个第一类别和第二类别的明确的分配。经此，ANC单元可以根据所分配的类别来不一样地处理相对应的信号成分。
在此，经分类的信号可以是唯一的信号，该信号包括参考信号连同关于当前存在哪种类别的信号成分的当前信息。然而，经分类的信号也可以通过信号的组合来形成。经分类的信号尤其可以包括参考信号而且同时包括分配信号，该分配信号与参考信号在时间上同步而且具有到对于当前信号成分来说存在的类别的分配。
原则上，ANC单元的工作原理有关对所有周围环境噪声的主动降噪方面公知，使得在下文对此并不详细地进行探讨。
在被设置用于该耳朵的区域的声音信号通常也至少部分地包括周围环境噪声。优选地，这些周围环境噪声不包括或者至少不是在很大程度上包括由第一扬声器进行的声音信号输出的部分。
在本发明的范围内，来自该设备的使用者的周围环境中的所有声学现象、即尤其是也包括不同种类的声音信号或噪声都被理解为周围环境噪声。通常，宽带的声学现象被称作噪声，而声音信号通常表示具有至少一个定义的频谱范围的音调声学现象。然而，在本发明的范围内，这样的遵循专业领域的规约的区别不应限制性地来理解。通常是噪声的声学现象在下文也可以被称作信号或声音信号，而且反之亦然。
随后描述了按照本发明的设备的优选的实施方式。
在按照本发明的设备的一个特别有利的实施方式中，该设备还具有信号增强器，该信号增强器构造为使校正信号、参考信号和/或音频信号增强。有利地，构造为使校正信号增强的信号增强器能够实现通过分类单元对参考信号的信号成分的特别精确的分类。有利地，构造为使音频信号增强的信号增强器能够实现有针对性地增强重要的信号成分、即如下那些信号成分，所述信号成分应该在声音信号输出的范围内以能良好地听到的方式被输出给该设备的用户。信号增强器形成该设备的功能上的组成部分，该组成部分也可以构造在具有ANC单元和/或分类单元的共同的电子组件中。
在另一有利的实施方式中，分类单元构造为以超过两个类别的信号成分来输出参考信号。有利地，多个类别能够实现有针对性地控制各个信号和/或噪声组的在声音信号输出之内的信号成分输出。这样，在参考信号之内的语音成分或车辆噪声可以与警笛信号或火灾噪声不一样地被处理。使用多个类别还能够实现对于不同的用户组来说对按照本发明的设备的特别个性化的使用。
在一个优选的实施方式中，这些类别包括如下信号和/或噪声组中的至少一个：警笛信号、车辆噪声、语音信号、泵噪声、通风噪声、火灾噪声。在该实施方式的范围内的信号和/或噪声组对于在消防员的工作的范围内的使用来说特别有利。在该实施方式的一个特别有利的变型方案中，分类单元还构造为以超过两个类别的信号成分来输出参考信号。在该优选的变型方案中，要分配给不同的信号和/或噪声组的噪声可以特别有利地不一样地被处理。这样，警笛噪声可以强烈地被衰减，而语音信号可以被增强地来输出。与火灾噪声一样，泵噪声和通风噪声通常形成在消防员的工作中的干扰噪声，使得在通过ANC单元对所述干扰噪声的主动降噪的范围内对所述干扰噪声的强烈衰减使在救援中的一般的噪声负荷显著降低并且通过对语音的有针对性的增强来改善通信。
在一个特别优选的实施方式中，ANC单元构造为：基于经分类的信号来确定音频信号，使得基于音频信号的声音信号输出适合于与周围环境噪声的如下部分进行抵消式干涉，所述部分对应于参考信号的来自至少一个类别的信号成分。在该实施方式的范围内，ANC单元能够实现特别有效的降噪。
在按照本发明的设备的另一实施方式中，ANC单元还构造为：接收参考信号和校正信号；基于经分类的信号来对该参考信号和该校正信号进行处理；并且输出相对应的音频信号。经此，ANC单元有利地提供了特别多的关于当前的周围环境噪声方面的信号信息，以便通过第一扬声器来提供相对应地适合于主动降噪的音频信号。原则上，对于所有在下文介绍的实施方式来说，如下变型方案是有利的，在该变型方案中，ANC单元还构造为：接收参考信号和校正信号；基于经分类的信号来对该参考信号和该校正信号进行处理；并且输出相对应的音频信号。
在另一有利的实施方式中，ANC单元构造为：将相对应的信号和/或噪声组分配给经分类的信号的类别；而且基于该经分类的信号的被分配给至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分来处理校正信号，尤其是处理校正信号和参考信号，使得基于音频信号的声音信号输出适合于与周围环境噪声的如下部分进行干涉，使得该至少一个预先限定的信号和/或噪声组的周围环境噪声能在被设置用于该设备的佩戴者的该耳朵的区域以预先限定的振幅被感知到，所述部分对应于参考信号的来自该至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分。经此，有利地，可以针对预先限定的信号和/或噪声组规定预先限定的振幅。这样，在参考信号之内的语音成分可以与这些语音成分的初始振幅无关地被增强到预先限定的振幅，而警笛信号出于安全原因没有完全被抑制，而是仅仅被衰减到非常微小的预先限定的振幅。针对来自不同的预先限定的信号和/或噪声组的声音使用不同的预先限定的振幅可以有利地对应于由按照本发明的设备的用户对所确定的信号成分区分优先次序。在此，特别重要的信号成分被增强，而干扰性周围环境噪声通过借助于ANC单元的处理主动被抑制。
在该设备的另一按照本发明的实施方式中，该设备还具有第二扬声器和附加的校正麦克风，其中该第二扬声器构造为：接收音频信号或附加的音频信号并且提供相对应的附加的声音信号输出。在该实施方式的范围内，该附加的校正麦克风紧邻被设置用于该设备的佩戴者的另一只耳朵的区域地布置，而且构造为：记录在被设置用于该另一只耳朵的区域的声音信号并且将这些声音信号作为附加的校正信号来转发。在该实施方式的范围内，ANC单元还构造为：接收附加的校正信号，而且基于经分类的信号来处理校正信号和附加的校正信号。在该实施方式中，优选地，ANC单元输出该音频信号和该附加的音频信号。经此，在由这两个扬声器输出的声音信号的范围内，可以考虑周围环境噪声的方向相关性。在该实施方式的范围内，该耳朵和该另一只耳朵应被理解为该设备的佩戴者的左耳和右耳。被输送给第二扬声器的音频信号可以不同于被输送给第一扬声器的音频信号。在该实施方式中，尤其可以特别有利地针对该设备的佩戴者的两只耳朵实现有利的按照本发明的声音信号输出。尤其是，在该实施方式的范围内，通过使用两个扬声器和两个校正麦克风，可能特别有效地实现在听力保护的范围内对按照本发明的设备的有利的使用。
在另一特别优选的实施方式中，该设备具有至少一个附加的参考麦克风，该至少一个附加的参考麦克风布置和构造为：记录来自该设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声并且将这些周围环境噪声作为附加的参考信号来转发。在该实施方式的范围内，分类单元构造为：基于该参考信号和该附加的参考信号来输出经分类的信号。在该实施方式的范围内使用多个参考麦克风能够实现对周围环境噪声的特别精确的检测并且因此能够实现在声音信号输出的范围内的特别高效的降噪。优选地，使用多个参考麦克风能够实现对周围环境噪声的与方向相关的记录和处理。在该实施方式的一个特别优选的变型方案中，该设备具有超过两个参考麦克风。在该实施方式的另一变型方案中，预先确定参考麦克风和附加的参考麦克风的相对位置，或者预先确定多个参考麦克风的相对位置。通过分类单元和/或ANC单元对信号的处理可以基于这种预先确定的在参考麦克风之间的相对位置。
在该设备的一个实施方式中，在校正麦克风与分类单元之间布置预处理单元。预处理单元例如构造为：使校正信号增强。预处理单元还例如构造为：将在预先确定的频谱范围之外的信号成分滤出。
在该设备的另一实施方式中，在ANC单元与第一扬声器之间布置残留处理单元。残留处理单元例如构造为：使音频信号至少部分地增强并且将被增强的音频信号输出给第一扬声器。在一个实施方式中，残留处理单元还构造为：将在预先确定的频谱范围之外的信号成分滤出。
在一个优选的实施方式中，ANC单元还构造为：提供音频信号和附加的音频信号。经此，例如可选地，可以向第二扬声器提供另一音频信号，其中有利地可以考虑第二扬声器相对于第一扬声器的位置。这例如对于按照本发明的设备来说可以是有利的，该设备允许、例如可选地允许连接第二扬声器。
在另一实施方式中，该设备还具有麦克风支架，该麦克风支架使校正麦克风和第一扬声器彼此固定连接，使得校正麦克风与第一扬声器彼此间的相对位置不能发生变化。在该实施方式中，有利地保证了：校正麦克风总是接收通过其方向特性和第一扬声器的方向特性预先给定的占音频信号的声音输出的大致相同的份额并且按照本发明来对其进一步处理。由此，麦克风支架能够有利地实现通过该设备进行信号处理的相同的质量，即使在该设备移动或对该设备有强烈的身体负荷的情况下也能够有利地实现通过该设备进行信号处理的相同的质量。
在按照本发明的设备的一个实施方式中，按照上述实施方式中的至少一个实施方式的设备集成在头戴式受话器中。优选地，在这种情况下，一只耳朵被动地受保护以防噪音，而按照本发明来在另一只耳朵上布置校正麦克风。
为了解决按照本发明的任务，按照本发明的第二方面，提出了一种用于噪声相关的音频信号处理的系统，该系统包括：按照上述实施方式中的至少一个实施方式的设备；以及防毒面具和/或头盔，其中第一扬声器布置为使得在被设置用于防毒面具和/或头盔的佩戴者的耳朵的区域进行声音信号输出，而且其中校正麦克风紧邻被设置用于该耳朵的区域地布置。
按照本发明的第二方面的系统使按照本发明的按照本发明的第一方面的音频信号处理的优点与防毒面具和/或头盔的、例如在消防员的工作的范围内的普遍的优点相结合。在按照本发明的系统的范围内，按照本发明的第一方面的设备特别有利，因为头盔和防毒面具大多导致声学条件变得困难而且使常规的听力保护措施的应用变得困难。
在防毒面具之内使用该系统能够有利地实现：将按照本发明的设备特别简单地集成在被设置用于防毒面具的通信装置之内。
按照本发明的第二方面，第一扬声器可以紧邻被设置用于佩戴者的该耳朵的区域地布置。这例如可以通过布置在头盔的捆绑带中、尤其是布置在头盔的捆绑带的织物中来实现。这还可以通过布置在朝向头盔的佩戴者的该头盔的内侧上来实现。优选地，通过布置第一扬声器，能够实现在头盔之内的耳朵位置的一定的易变性，而且因此允许由具有不同的头型的不同的佩戴者对该系统的按照本发明的使用。在一个替选的或补充的变型方案中，第一扬声器远离头盔和/或防毒面具的佩戴者的该耳朵地布置，而且布置在谐振通道上，使得声音信号输出经由谐振通道到达按照本发明的设备的佩戴者的该耳朵。
在按照本发明的系统的一个特别有利的实施方式中，参考麦克风布置在防毒面具或头盔的背离该防毒面具和/或该头盔的佩戴者的外表面。经此，可以有利地通过参考麦克风来记录全部周围环境噪声。在该实施方式的一个特别优选的变型方案中，至少一个附加的参考麦克风布置在防毒面具或头盔的外表面。这能够实现通过分类单元和/或ANC单元对相应的参考信号的与方向相关的处理。在该变型方案的一个有利的示例中，多个参考麦克风相对于彼此以固定的预先确定的距离来布置。例如，所述多个参考麦克风布置在头盔带中，该头盔带可以在常见的头盔上布置在头盔下缘。
在该系统的一个按照本发明的实施方式中，分类单元和/或ANC单元紧邻被设置用于该系统的佩戴者的后脑勺的区域地布置在头盔的内侧。经此，按照本发明的系统可以特别紧凑地在头盔上被提供。
按照本发明的第三方面，按照本发明的任务通过用于噪声相关的音频信号处理的方法来解决，该方法具有如下步骤：
- 记录在被设置用于该方法的使用者的耳朵的区域的声音信号并且转发相对应的校正信号；
- 记录该方法的使用者的周围环境噪声并且转发相对应的参考信号；
- 接收该参考信号，根据该参考信号的频谱和该参考信号的振幅来将该参考信号划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出相对应的经分类的信号；
- 接收校正信号，通过所提供的ANC单元基于经分类的信号来对该校正信号进行处理并且输出相对应的音频信号；而且
- 接收该音频信号并且提供相对应的声音信号输出。
按照本发明的方法具有在按照本发明的设备之内实施的相同的方法步骤。因而，该方法具有与按照本发明的设备相同的优点。
将参考信号划分成至少两个类别可以通过对参考信号的实际改变、例如通过对类别信息的添加来实现。然而，该划分也可以替选地或补充地通过提供与参考信号在时间上同步的分配信号来实现，其中该分配信号表明被分配给当前存在于参考信号中的信号成分的类别。
在按照本发明的方法的一个实施方式中，该方法还具有：使校正信号、参考信号和/或音频信号增强。
在另一按照本发明的实施方式中，参考信号被划分成超过两个类别。
在本发明的一个实施方式中，该方法包括：将预先限定的信号和/或噪声组分配给经分类的信号的相对应的类别；而且通过ANC单元基于该经分类的信号的被分配给至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分来处理校正信号，使得基于音频信号的声音信号输出适合于与周围环境噪声的如下部分进行干涉，使得该至少一个预先限定的信号和/或噪声组的周围环境噪声能在被设置用于该方法的使用者的该耳朵的区域以预先限定的振幅被感知到，所述部分对应于参考信号的来自该至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分。
在本发明的另一实施方式中，该方法还具有如下步骤：
- 记录在被设置用于该方法的使用者的另一只耳朵的区域的其它声音信号并且转发相对应的附加的校正信号；
- 接收附加的校正信号并且基于经分类的信号来处理校正信号和附加的校正信号；而且
- 接收音频信号并且在该方法的使用者的另一只耳朵处提供附加的声音信号输出。
在本发明的另一实施方式中，该方法还具有如下步骤：
- 记录该方法的使用者的其它周围环境噪声并且转发相对应的附加的参考信号；而且
- 基于该参考信号和该附加的参考信号来输出经分类的信号。
附图说明
现在，本发明应该依据在附图中示意性示出的、有利的实施例来进一步予以阐述。这些附图中详细地：
图1示出了按照本发明的第一方面的第一实施例的设备的示意性构造；
图2示出了按照本发明的第一方面的第二实施例的设备的示意性构造；
图3示出了按照本发明的第一方面的第三实施例的设备的示意性构造；
图4示出了按照本发明的第二方面的第一实施例的系统的透视图；
图5示出了按照本发明的第二方面的第二实施例的系统的透视图；
图6示出了按照本发明的第二方面的第三实施例的系统的透视图；
图7示出了按照本发明的第二方面的第四实施例的系统的透视图；
图8示出了按照本发明的第三方面的实施例的方法的框图。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的第一方面的第一实施例的设备100的示意性构造。
用于噪声相关的音频信号处理的设备100包括校正麦克风110、参考麦克风120、分类单元130、ANC单元140和第一扬声器150。
校正麦克风110紧邻被设置用于该设备的佩戴者的耳朵的区域114地布置。该校正麦克风构造为：记录在被设置用于该耳朵的区域114的声音信号并且将这些声音信号作为校正信号118来转发。在此，校正麦克风110朝向被设置用于该耳朵的区域114取向。
参考麦克风120布置和构造为：记录来自设备100的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声124并且将这些周围环境噪声作为参考信号128来转发。在此，该参考麦克风朝向设备100的佩戴者的周围环境取向。在这种情况下，优选地，校正麦克风110和参考麦克风120分别取向的方向不同。
分类单元130构造为：接收参考信号120并且根据其频谱及其振幅来将参考信号120划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出经分类的信号134。在该实施例中，划分成第一和第二类别基于通过被应用于参考信号120的频谱和振幅的支持向量机对参考信号120进行的信号处理。替选地或补充地，在另一未示出的实施例中，使用另一公知的用于模式识别的方法，例如基于神经元网络和/或编码簿的方法。
ANC单元140构造为：接收校正信号118，基于经分类的信号134来对该校正信号进行处理并且将其作为音频信号144来输出。
第一扬声器150构造为：接收音频信号144并且提供相对应的声音信号输出154。在当前实施例中，第一扬声器150紧邻被设置用于该耳朵的区域114地布置。此外，第一扬声器150朝向该区域114取向。在当前情况下，校正麦克风110和第一扬声器150彼此远离，即布置在被设置用于该耳朵的区域114的不同的边缘区。经此避免了：校正麦克风110仅仅记录第一扬声器150的声音信号输出154作为声音信号并且将这些声音信号作为校正信号118来转发。这样能够实现：除了声音信号输出154之外，校正麦克风110也记录周围环境噪声124作为声音信号并且将这些周围环境噪声作为校正信号118来转发。在另一替选的实施例中，校正麦克风110和第一扬声器150彼此相邻地布置。
在该实施例中，能够通过ANC单元140实现的主动降噪（在当前情况下被用作主动噪音抑制）通过如下方式来实现：ANC单元140构造为基于经分类的信号134来确定音频信号144，使得与音频信号144相对应的声音信号输出154至少与周围环境噪声124的部分进行抵消式干涉。在此，周围环境噪声124的声音信号输出154与其抵消式并且差分干涉的部分对应于参考信号128的来自至少一个类别的信号成分。
所示出的实施例的设备100构造为使得分类单元130和ANC单元140构造为彼此分开的电子构件。在一个替选的未示出的按照本发明的实施例方面，分类单元和ANC单元构造为该设备的唯一的信号处理单元的部分。
图2示出了按照本发明的第一方面的第二实施例的设备200的示意性构造。
设备200与在图1中示出的设备100的区别在于在下文所描述的特征。
设备200的ANC单元240还构造为：接收参考信号128和校正信号218并且基于经分类的信号234来处理参考信号128和校正信号218。经此，在通过ANC单元240进行处理时可以有利地考虑特别多的信号信息、尤其是关于周围环境噪声124方面的信号信息。在该实施例中，经分类的信号234是与参考信号128在时间上实时地同步的信号，该信号表明目前被分配给参考信号128的信号成分的类别。经此，经分类的信号234在该实施例中是针对ANC单元240的纯控制量。
不同于图1中的校正信号118，校正信号218通过借助于校正麦克风110的处理和由滤波单元260引起的接下来的频带校正进行的处理来形成。因此，校正信号218是经处理的校正信号。
此外，设备200附加地包括信号增强器265，该信号增强器构造为：使所提供的音频信号244在其被第一扬声器150接收之前增强。
在一个未示出的实施例中，替选的或补充的信号增强器构造用于使参考信号和/或校正信号增强。
在另一未示出的实施例中，滤波单元构造为：充当高通滤波器和/或充当低通滤波器。经此，在不必要的进一步处理之前就已经可以将对于声音输出来说不重要的频谱成分滤出。
设备200的分类单元230还构造为：以超过两个类别的信号成分来输出参考信号128。在此，分类单元230构造为：考虑如下信号和/或噪声组的类别：警笛信号、车辆噪声、语音信号、泵噪声、通风噪声、火灾噪声。在其它实施例中，这些类别包括所说明的信号和/或噪声组中的至少一个。基于通过分类单元230这样执行的分类，ANC单元240构造为提供音频信号244，使得通过第一扬声器150进行的声音信号输出154与在被设置用于该耳朵的区域的声音信号进行干涉，使得相应的预先限定的信号和/或噪声组的周围环境噪声能在被设置用于设备200的佩戴者的该耳朵的区域以相应的预先限定的振幅被感知到。经此，在当前情况下实现了：可以感知到以能够与周围的人进行通信的音量的语音。此外，典型的干扰噪声、如泵噪声、通风噪声和火灾噪声在很大程度上被抑制，而警笛信号和车辆噪声保持在中等音量，以便将设备200的佩戴者的噪音负荷保持在对健康无害的范围内。
图3示出了按照本发明的第一方面的第三实施例的设备300的示意性构造。
按照本发明的设备300与设备100和200的区别在于在下文所描述的特征。
除了参考麦克风320之外，设备300还包括两个附加的参考麦克风322、324。这三个参考麦克风相对于设备300的佩戴者朝着三个不同的方向取向。这些参考麦克风还构造为：记录并且转发来自该设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声。在这种情况下，参考麦克风320转发参考信号328，而附加的参考麦克风322、324转发相应的附加的参考信号329'、329"。在这种情况下，按照本发明的分类单元330构造为：基于参考信号328和这两个附加的参考信号329'、329"来输出经分类的信号334。
设备300还包括第二扬声器370和附加的校正麦克风380。第二扬声器370构造为：接收由ANC单元340输出的附加的音频信号346并且提供相对应的附加的声音信号输出374。在一个未示出的实施例中，该附加的音频信号对应于该音频信号。附加的校正麦克风380紧邻被设置用于设备300的佩戴者的另一只耳朵的区域314地布置，而且构造为：记录在被设置用于该另一只耳朵的区域314的声音信号并且将这些声音信号作为附加的校正信号384来转发。
在这种情况下，ANC单元340构造为：接收附加的校正信号384，而且基于经分类的信号334来处理校正信号118和附加的校正信号384。该处理的结果是，输出音频信号144和附加的音频信号346。在此，音频信号144和附加的音频信号346构造为使得在相应的被设置用于设备300的佩戴者的耳朵的区域114、314的主动降噪取决于该相应的区域相对于属于被抑制的类别的信号或噪声的噪声方向的位置。在此，该噪声方向通过这三个参考麦克风320、322、324的已知的取向来确定。在一个未示出的实施例中，将相同的音频信号传给校正麦克风和附加的校正麦克风。
图4示出了按照本发明的第二方面的第一实施例的系统400的透视图。
按照本发明的系统400包括在图1中示出的设备100，唯一的区别在于：分类单元和ANC单元在共同的信号处理单元410中实现。所有组件的工作原理都像在图1的范围内所描述的那样。
按照本发明的系统400还包括头盔420，其中第一扬声器150布置为使得在被设置用于头盔420的佩戴者的该耳朵的区域进行声音信号输出。此外，校正麦克风110紧邻被设置用于该耳朵的区域地布置。在这种情况下，校正麦克风110通过麦克风支架425固定在第一扬声器150上，由此，即使在系统400移动的情况下或者在身体负荷的作用下也可以维持校正麦克风110和第一扬声器150的预先确定的相对位置。
在所示出的实施例中，将校正麦克风110和第一扬声器150布置在头盔420的捆绑带430的织物中。
参考麦克风120布置在头盔420的外侧。在此，该参考麦克风朝向背离系统400的佩戴者的方向取向。经此，有利地保证了：由参考麦克风120记录的周围环境噪声124不是在很多程度上通过第一扬声器150的声音信号输出来形成。
为了保证噪音防护，系统400的佩戴者会在如下耳朵中佩戴公知的被动听力保护装置，该耳朵不在校正麦克风110处。
在一个未示出的实施例中，该系统的第一扬声器没有紧邻被设置用于该耳朵的区域地布置，而是布置在头盔的另一区域，其中声音信号输出经由谐振空间被传导到该系统的佩戴者，尤其是被传导到该系统的佩戴者的至少一只耳朵。
图5示出了按照本发明的第二方面的第二实施例的系统500的透视图。
不同于在图4中示出的系统400，系统500包括在图3中示出的设备300。
在这种情况下，分类单元和ANC单元在未示出的外壳中布置在头盔的从佩戴者的视角在后面的内部区域。
参考麦克风320、322、324布置在头盔420的外侧上的不同的位置，使得这些参考麦克风朝向不同的方向取向。经此，可以特别好地记录来自不同的方向的周围环境噪声。
在按照本发明的系统的一个未示出的实施例中，多个参考麦克风布置在头盔带上，该头盔带可以被布置在头盔、尤其是半壳式头盔的下缘。经此，有利地，按照本发明的系统能特别简单地被布置到现有的头盔上。
图6示出了按照本发明的第二方面的第三实施例的系统600的透视图。
按照本发明的系统600具有：在图3中示出的设备300；以及防毒面具610，其中第一扬声器150和第二扬声器370布置在防毒面具610的面具主体615或捆绑带618上，使得在被设置用于该防毒面具的佩戴者的耳朵的区域分别进行该声音信号输出和该附加的声音信号输出。校正麦克风110和附加的校正麦克风380分别紧邻该区域地布置。在这种情况下，校正麦克风110和附加的校正麦克风380在考虑这些麦克风110、380的方向特性的情况下布置在第一和第二扬声器150、370的相应的外壳上。在所示出的实施例中，这两个麦克风110、380有利地是全向麦克风。在未示出的实施例中，使用具有其它方向特性的麦克风。
这三个参考麦克风320、322、324集成在防毒面具610的连接部620中，该连接部用于连接气体过滤器或呼吸器。
在防毒面具之内，按照本发明的设备可以特别有利地被集成到用于防毒面具的公知的通信系统的现有的电子器件中。
图7示出了按照本发明的第二方面的第四实施例的系统700的透视图。
就像已经在图6中示出的系统600那样，按照本发明的系统700包括防毒面具710。集成在其中的按照本发明的设备包括两个参考麦克风720、724，这两个参考麦克风朝着不同的方向布置在防毒面具720的外侧。校正麦克风720和附加的校正麦克风734与第一和第二扬声器740、744共同集成在相应的独立的耳部部件750、754中，所述耳部部件分别固定在防毒面具710上。在此，校正麦克风730和附加的校正麦克风734朝向相应的扬声器740、744地取向。
通过可移动的独立的耳部部件750、754，按照本发明的系统700能够特别有利地实现校正麦克风和扬声器的位置与防毒面具的佩戴者的当前的个人头型的单独的适配。
图8示出了按照本发明的第三方面的实施例的方法800的框图。
在此，按照本发明的用于噪声相关的音频信号处理的方法800按时间顺序具有如下步骤。
第一步骤810包括：记录在被设置用于该方法的使用者的耳朵的区域的声音信号并且转发相对应的校正信号。
接下来的步骤820包括：记录该方法的使用者的周围环境噪声并且转发相对应的参考信号。
下一个步骤830包括：接收该参考信号，根据该参考信号的频谱和该参考信号的振幅来将该参考信号划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出相对应的经分类的信号。
接下来的步骤840包括：接收校正信号，通过所提供的ANC单元基于经分类的信号来对该校正信号进行处理并且输出相对应的音频信号。
最后一个步骤850包括：接收音频信号并且提供相对应的声音信号输出。
按照本发明的方法800以快速的时间顺序来重复，其中步骤可以同时或者几乎同时进行。这样，通过所提供的ANC单元进行的主动降噪基于：使声音信号输出与当前的周围环境噪声不断地适配，以便由此来保证声音信号输出与当前的周围环境噪声之间的符合期望的部分抵消式干涉。
附图标记列表
100、200、300 按照本发明的设备
110、730 校正麦克风
114、314 被设置用于佩戴者的耳朵的区域
118 校正信号
120、320、720 参考麦克风
124 周围环境噪声
128、328 参考信号
130、230、330 分类单元
134、234 经分类的信号
140、240、340 ANC单元
144、244 音频信号
150、740 第一扬声器
154 声音信号输出
218 被增强的校正信号
260 滤波单元
265 信号增强器
322、324、724 附加的参考麦克风
329'、329" 附加的参考信号
346 附加的音频信号
370、744 第二扬声器
374 附加的声音信号输出
380、734 附加的校正麦克风
384 附加的校正信号
400、500、600、700 按照本发明的系统
410 共同的信号处理单元
420 头盔
425 麦克风支架
430 头盔的捆绑带
610、710 防毒面具
615 面具主体
618 防毒面具的捆绑带
620 连接部
750 第一耳部部件
754 第二耳部部件
800 按照本发明的方法
810、820、830、840、850 方法步骤

Claims (12)

1.一种用于噪声相关的音频信号处理的设备，所述设备具有：
-校正麦克风(110)，所述校正麦克风紧邻被设置用于所述设备的佩戴者的耳朵的区域(114)地布置，而且构造为：记录在被设置用于所述耳朵的区域(114)的声音信号并且将所述声音信号作为校正信号(118)来转发；
-参考麦克风(120)，所述参考麦克风布置和构造为：记录来自所述设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声(124)并且将所述周围环境噪声作为参考信号(128)来转发；
-分类单元(130)，所述分类单元构造为：接收所述参考信号(128)并且根据所述参考信号的频谱和所述参考信号的振幅来将所述参考信号(128)划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出经分类的信号(134)；
-主动降噪单元，所述主动降噪单元构造为：接收所述校正信号(118)，基于所述经分类的信号(134)来对所述校正信号(118)进行处理并且输出相对应的音频信号(144)；
-第一扬声器(150)，所述第一扬声器构造为：接收所述音频信号(144)并且提供相对应的声音信号输出(154)，
其中所述分类单元(130)构造为：以超过两个类别的信号成分来输出所述参考信号(128)，而且
其中所述类别包括如下信号和/或噪声组中的至少一个：警笛信号、车辆噪声、语音信号、泵噪声、通风噪声、火灾噪声，
其中所述主动降噪单元构造为：将相对应的信号和/或噪声组分配给所述经分类的信号(134)的类别；而且基于所述经分类的信号(134)的被分配给至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分来处理所述校正信号(118)，使得基于所述音频信号(144)的声音信号输出(154)适合于与所述周围环境噪声(124)的如下部分进行干涉，使得所述至少一个预先限定的信号和/或噪声组的周围环境噪声(124)能在被设置用于所述设备的佩戴者的所述耳朵的区域(114)以预先限定的振幅被感知到，所述部分对应于所述参考信号(128)的来自所述至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备还具有信号增强器(265)，该信号增强器构造为使所述校正信号(118)、所述参考信号(128)和/或所述音频信号(144)增强。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述主动降噪单元构造为：基于所述经分类的信号(134)来确定所述音频信号(144)，使得基于所述音频信号(144)的声音信号输出(154)适合于与所述周围环境噪声的如下部分进行抵消式干涉，所述部分对应于所述参考信号(128)的来自至少一个类别的信号成分。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述设备还具有第二扬声器和附加的校正麦克风，
其中所述第二扬声器构造为：接收所述音频信号(144)或由所述主动降噪单元输出的附加的音频信号并且提供相对应的附加的声音信号输出，
其中所述附加的校正麦克风紧邻被设置用于所述设备的佩戴者的另一只耳朵的区域地布置，而且构造为：记录在被设置用于所述另一只耳朵的区域的声音信号并且将所述声音信号作为附加的校正信号来转发，
而且其中所述主动降噪单元还构造为：接收所述附加的校正信号，而且基于所述经分类的信号(134)来处理校正信号(118)和附加的校正信号。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述设备具有至少一个附加的参考麦克风，所述至少一个附加的参考麦克风布置和构造为：记录来自所述设备的佩戴者的周围环境中的周围环境噪声(124)并且将所述周围环境噪声作为附加的参考信号来转发，
而且其中所述分类单元构造为：基于所述参考信号和所述附加的参考信号来输出所述经分类的信号(134)。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述设备还具有麦克风支架(425)，所述麦克风支架使所述校正麦克风(110)和所述第一扬声器(150)彼此固定连接，使得校正麦克风(110)与第一扬声器(150)彼此间的相对位置不能发生变化。
7.一种用于噪声相关的音频信号处理的系统(400)，所述系统具有：
-根据权利要求1至6中任一项所述的设备；
-防毒面具(610)和/或头盔(420)，其中所述第一扬声器(150)布置为使得在被设置用于所述防毒面具(610)和/或所述头盔(420)的佩戴者的耳朵的区域(114)进行所述声音信号输出(154)，而且其中所述校正麦克风(110)紧邻被设置用于所述耳朵的区域(114)地布置。
8.根据权利要求7所述的系统(400)，其中所述参考麦克风(120)布置在所述防毒面具(610)或所述头盔(420)的背离所述防毒面具(610)和/或所述头盔(420)的佩戴者的外表面。
9.一种用于噪声相关的音频信号处理的方法(800)，所述方法具有如下步骤：
-记录在被设置用于所述方法的使用者的耳朵的区域(114)的声音信号并且转发相对应的校正信号(118)；
-记录所述方法的使用者的周围环境噪声(124)并且转发相对应的参考信号(128)；
-接收所述参考信号(128)，根据所述参考信号的频谱和所述参考信号的振幅来将所述参考信号(128)划分成至少一个第一类别和第二类别的信号成分并且输出相对应的经分类的信号(134)；
-接收所述校正信号(118)，通过所提供的主动降噪单元基于所述经分类的信号(134)来对所述校正信号(118)进行处理并且输出相对应的音频信号(144)；而且
-接收所述音频信号(144)并且提供相对应的声音信号输出(154)，
-将预先限定的信号和/或噪声组分配给所述经分类的信号(134)的相对应的类别；而且通过所述主动降噪单元基于所述经分类的信号(134)的被分配给至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分来处理所述校正信号(118)，使得基于所述音频信号(144)的声音信号输出(154)适合于与所述周围环境噪声(124)的如下部分进行干涉，使得所述至少一个预先限定的信号和/或噪声组的周围环境噪声(124)能在被设置用于所述方法的使用者的所述耳朵的区域(114)以预先限定的振幅被感知到，所述部分对应于所述参考信号(128)的来自所述至少一个预先限定的信号和/或噪声组的信号成分。
10.根据权利要求9所述的方法(800)，所述方法还具有如下步骤：
-使所述校正信号(118)、所述参考信号(128)和/或所述音频信号(144)增强。
11.根据权利要求9或10所述的方法(800)，所述方法还具有如下步骤：
-记录在被设置用于所述方法的使用者的另一只耳朵的区域的其它声音信号并且转发相对应的附加的校正信号；
-接收所述附加的校正信号并且基于所述经分类的信号(134)来处理所述校正信号(118)和所述附加的校正信号；
-接收所述音频信号(144)并且在被设置用于所述方法的使用者的另一只耳朵的区域提供附加的声音信号输出。
12.根据权利要求9或10所述的方法(800)，所述方法还具有如下步骤：
-记录所述方法的使用者的其它周围环境噪声(124)并且转发相对应的附加的参考信号；
-基于所述参考信号(128)和所述附加的参考信号来输出所述经分类的信号(134)。
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