CN112037806A - 一种检测风噪的方法和检测风噪声的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测风噪的方法和检测风噪声的设备。所述检测风噪的方法通过获得第一前馈麦克风和第二前馈麦克风的信号样本集合，进而获得相关系数特征和能量特征，通过相关系数和能量的比较，判断使用环境中是否出现风噪。所述检测风噪的设备包括第一前馈麦克风、第二前馈麦克风和控制器，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，所述控制器进行噪声判断。所述检测风噪的方法，实时判断在使用时环境中是否存在风噪声，配合根据风噪声的判断进行的抗风噪处理，可实现自适应的抗风噪效果，最大限度的降低风噪声在麦克风应用过程中的影响。

Description

一种检测风噪的方法和检测风噪声的设备

技术领域

本发明涉及一种检测风噪的方法和检测风噪声的设备。

背景技术

在麦克风应用过程中，经常需要暴露在外界环境中应用。如，降噪耳机的前馈麦克风需要设置在耳机外部以采集环境噪声信号，当环境中有大风时，前馈麦克风会采集到风噪声，风噪声的存在会对正常的信号处理过程产生影响。为了缓解风噪声的影响，现有的耳机通过在耳机的前馈麦克风开孔处到麦克风之间加入防风导管或调整前馈麦克风的位置和朝向，从而降低采集到的风噪声，然而使用这些方法时，风噪声虽然有所降低，但依然会被前馈麦克风采集到，影响了降噪效果。

为了提高降噪效果，需要在降噪之前进行可靠的风噪检测，从而在检测出有风噪声后对系统工作状态进行优化，提高有风时的降噪效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测风噪的方法和检测风噪声的设备，进行可靠的风噪检测，提高降噪效果，解决了头戴式和颈戴式主动降噪耳机在有风噪声时控制效果变差、甚至产生额外的杂音的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种检测风噪的方法，包括如下步骤：

从第一前馈麦克风获得第一信号样本集合；

从第二前馈麦克风获得第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到。

在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本。

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合。

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现。

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍判断风噪声结束。

作为优选，设置相同采样率进行采样，获得所述第一信号样本集合和第二信号样本集合。

作为优选，更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，设置样本集合内样本重复率为20～80％。

作为优选，采用时域相关性或频域相关性求解公式进行相关系数求解，获得相关系数样本。

作为优选，采用平方和公式进行能量求解，获得所述第一能量样本和所述第二能量样本。

作为优选，所述第一阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.1-0.5倍作为第一阈值。

作为优选，所述第二阈值取值方法为：在消音室中，当噪声为消音室的本底噪声，获取第一前馈麦克风和第二前馈麦克风的信号，并进行能量求解，取消音室中的能量加上5dB作为第二阈值。

作为优选，所述第三阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，从所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.2-0.9倍作为第三阈值。

本发明还公开了一种检测风噪声的设备，包括：

第一前馈麦克风和第二前馈麦克风，以及控制器，

所述控制器从第一前馈麦克风获得第一信号样本集合；

从第二前馈麦克风获得第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到；

在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本；

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合，

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现；

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

作为优选，所述用于检测风噪声的设备包括头戴式或颈戴式耳机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：所述检测风噪的方法通过获取两个麦克风在相同时间点获得的信号样本集合，对信号样本进行特征分析，通过相关性和能量特征，实时判断在使用时环境中是否存在风噪声。进一步的，进行动态实时获取两个麦克风的信号样本集合，对信号样本进行特征分析，根据风噪声的判断进行抗风噪处理，可实现自适应的抗风噪效果，最大限度的降低风噪声在麦克风应用过程中的影响，提高了降噪效果。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1和图2是本发明实施例一的检测风噪的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

一种检测风噪的方法，包括如下步骤：

参加图1和图2，从第一前馈麦克风获得一个第一信号样本集合；从第二前馈麦克风获得一个第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到。

所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风有线连接。

对所述第一信号样本集合和第二信号样本集合进行相关性和能量特征分析。在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本。

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，具体的，用新采集的信号样本替换信号样本集合内的原先的信号，获得更新后的第一信号样本集合和第二信号样本集合。采用同样的方法，对更新后的第一信号样本集合和第二信号样本集合进行相关性和能量特征分析，获得第一能量样本、第二能量样本和相关系数样本，从而获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合。

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现。

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

从所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得所述第一信号样本集合和第二信号样本集合时，设置一个采样率，如采样率为16kHz，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风同时采样，不断采集外界的信号，形成各自的信号流，信号分割成长度为L的信号窗，如L＝512，获得样本数量均为512个的所述第一信号样本集合和第二信号样本集合。对所述第一信号样本集合和第二信号样本集合进行相关性和能量特征分析，获得第一能量样本，第二能量样本和相关系数样本。所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风不断的采集信号，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内的信号不断更新，为了保持数据的稳定性，设置所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内的信号样本的重叠率在20～80％，优选为50％，当新采集的信号数量达到信号样本集合总数的一半时，即用新采集的信号替换原样本集合中最先采集的一半信号。更新后的所述第一信号样本集合和第二信号样本集合进行相关性和能量特征分析，获得更新后的第一能量样本，第二能量样本和相关系数样本，不断获得的第一能量样本形成第一能量样本集合，同理，形成第二能量样本集合和相关系数样本集合。

检测风噪声时，采用相关性求解公式对所述第一信号样本集合和第二信号样本集合进行相关系数特征求解，获得相关系数样本。同时，采用能量求解公式分别对所述第一信号样本集合和第二信号样本集合进行能量特征求解。

相关系数特征求解时，采用时域相关性求解公式也可以采用频域相关性求解公式进行相关系数求解，获得相关系数样本。

采用WLi表示所述第一信号样本集合，采用WRi表示所述第二信号样本集合。

采用时域相关性求解公式进行相关系数求解时，

时域相关系数x＝max(corr(WLi，WRi))/sqrt(WLi^2×WRi^2)。其中，corr为相关系数的函数，max为最大值函数。

采用频域相关性求解公式进行相关系数求解时，

首先采用如下公式对信号样本进行傅里叶变换，得到频域信息，

F1＝fft(WLi)，F2＝fft(WRi)；其中，F1表示第一信号样本集合的频域信息，F2表示第二信号样本集合的频域信息。

然后进行频域相关系数求解，频域相关系数WF＝F1×F2。WF中各个幅值代表着各个频率下的相关系数。所以取WF中有效频带对应的幅值作为当前时刻的相关系数。优选为取500Hz以下频带对应的相关系数的平方和。

能量特征求解时，采用平方和公式进行能量求解。所述第一信号样本集合内的所有信号样本的平方和即为第一能量样本，所述第二信号样本集合内的所有信号样本的平方和即为第二能量样本。

随着所述第一信号样本集合和第二信号样本集合不断更新，获得所述第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合。

当所述相关系数样本集合中小于第一阈值的相关系数样本数量达到所述相关系数样本集合样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现。

当所述相关系数样本集合中大于第三阈值的相关系数样本数量达到所述相关系数样本集合样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

其中，所述第一阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.1-0.5倍作为第一阈值。

所述第二阈值取值方法为：在消音室中，当噪声为消音室的本底噪声，获取第一前馈麦克风和第二前馈麦克风的信号，并进行能量求解，取消音室中的能量上加上5dB作为第二阈值。

所述第三阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当在第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.2-0.9倍作为第三阈值。

所述检测风噪的方法，通过相关性和能量同时判断，对麦克风在使用过程中是否存在风噪声进行识别，准确率高，方便快捷。

实施例二

一种抗风噪的方法，包括如下步骤：

设置一个采样率，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风不断采集外界的信号，形成各自的信号流，获得第一信号样本集合和第二信号样本集合。采用实施例一所述的检测风噪的方法检测风噪，当检测到风噪出现时，控制器降低所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风对应的前馈控制单元的信号输出，保持反馈麦克风对应的反馈控制单元的信号输出，当检测到风噪结束时，控制器恢复所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风对应的前馈控制单元的信号输出。具体的，风噪出现时，所述控制器降低所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风对应的前馈控制单元的信号输出的强度至原来的0～0.8倍。

所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风不断采集外界的信号，形成各自的信号流，信号被分割成长度为L的信号窗，获得所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内的信号样本。所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风不断采集外界的信号，采集到新的信号后，不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，具体的，设置所述第一信号样本集合和第二信号样本集合的重叠率为50％，当新采集的信号数量达到信号样本集合总数的一半时，即用新采集的信号替换原样本集合中最先采集的一半信号。设置信号窗长度L＝512，当采集到新的信号后，每间隔256个信号点，信号窗就会滑动一次，更新信号样本集合内的信号样本，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时更新。

实施例三

一种用于检测风噪声的设备，包括：

第一前馈麦克风、第二前馈麦克风和控制器，

所述控制器从第一前馈麦克风获得第一信号样本集合；

从第二前馈麦克风获得第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到；

在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本；

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合，

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现；

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

所述用于检测风噪声的设备包括头戴式或颈戴式耳机。

所述头戴式或颈戴式耳机的左右耳前反馈麦克风可以直接连接起来，可以利用左右耳处信号之间的关系，对风噪声是否存在进行判断，从而实现对风噪声的控制。所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风即为所述头戴式或颈戴式耳机的左右耳前反馈麦克风，利用左右耳前馈麦克风获取的信号，对风噪声是否存在进行判断。当检测到风噪出现时，耳机中的控制器降低所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风对应的前馈控制单元的信号输出，保持反馈麦克风对应的反馈控制单元的信号输出，当检测到风噪结束时，控制器恢复所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风对应的前馈控制单元的信号输出。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种检测风噪的方法，其特征在于，包括如下步骤：

从第一前馈麦克风获得第一信号样本集合；

从第二前馈麦克风获得第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到；

在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本；

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合，

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现；

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

2.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，设置相同采样率进行采样，获得所述第一信号样本集合和第二信号样本集合。

3.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，设置样本集合内样本重复率为20～80％。

4.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，采用时域相关性或频域相关性求解公式进行相关系数求解，获得相关系数样本。

5.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，采用平方和公式进行能量求解，获得所述第一能量样本和所述第二能量样本。

6.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，所述第一阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.1-0.5倍作为第一阈值。

7.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，所述第二阈值取值方法为：在消音室中，当噪声为消音室的本底噪声，获取第一前馈麦克风和第二前馈麦克风的信号，并进行能量求解，取消音室中的能量加上5dB作为第二阈值。

8.根据权利要求1所述的检测风噪的方法，其特征在于，所述第三阈值取值方法为：在消音室中，在麦克风前方设置声源，播放稳定的声源，当在第一前馈麦克风和第二前馈麦克风处的声压级均为60dB，所述第一前馈麦克风和第二前馈麦克风获得信号，并进行相关系数求解，获得消音室中的相关系数，取消音室中的相关系数的0.2-0.9倍作为第三阈值。

9.一种检测风噪声的设备，其特征在于，包括：

第一前馈麦克风和第二前馈麦克风，以及控制器，

所述控制器从第一前馈麦克风获得第一信号样本集合；

从第二前馈麦克风获得第二信号样本集合，所述第一信号样本集合和第二信号样本集合同时得到；

在所述第一信号样本集合内获取第一能量样本，所述第二信号样本集合内获取第二能量样本，在所述第一信号样本集合和第二信号样本集合内获取相关系数样本；

不断更新所述第一信号样本集合和第二信号样本集合，获得第一能量样本集合、第二能量样本集合和相关系数样本集合，

当所述相关系数样本集合中，小于第一阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，且当第一能量样本集合和第二能量样本集合中，第一能量和第二能量样本值均大于第二阈值，判断风噪声出现；

当所述相关系数样本集合中，大于第三阈值的相关系数样本数量达到相关系数样本集合中样本数量的0.5～1.0倍，判断风噪声结束。

10.根据权利要求9所述的检测风噪声的设备，其特征在于，所述用于检测风噪声的设备包括头戴式或颈戴式耳机。

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