CN112738682A - 主动降噪耳机和主动降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种主动降噪耳机和主动降噪方法，通过在主动降噪耳机中引入舒适噪声信号，并将舒适噪声信号与输入音频电信号和自适应滤波信号进行叠加后，通过扬声器进行播放，实现了掩蔽前馈麦克风引入的风噪声、较尖锐的非稳态残留噪声、通过骨导传递的脚步声等，使得主动降噪耳机得听感更舒适。
Description
技术领域
本发明涉及耳机降噪技术领域，尤其涉及一种主动降噪耳机和主动降噪方法。
背景技术
降噪耳机根据其采用的降噪原理不同，分为主动降噪耳机和被动降噪耳机，其中主动降噪耳机又分为前馈式降噪、反馈时降噪以及混合式降噪三种。主动降噪耳机一般通过一个或多个麦克风来接收环境噪声，然后通过电子电路产生与噪声声波相位相反的信号，以此来消除外界进入耳道的噪声。
目前市场上的主动降噪耳机的降噪能力在逐步提升，有些频段可以做到大于40分贝的降噪量。但随着更宽频带降噪能力的提升，主动降噪耳机也凸显了一些问题。太强的降噪能力使耳道内的气导声过于安静，从而导致通过骨导传递的脚步声被凸显，同时过于静谧的环境也会让人感到不适。另一方面，受到体积限制，前馈麦克风的抗风噪能力往往不高，容易引入风噪。而主动降噪耳机对稳态噪声有较强的降噪能力，但对非稳态噪声降噪能力不佳。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种主动降噪耳机和主动降噪方法，使主动降噪耳机听感更舒适。
第一方面，本发明实施例提供了一种主动降噪耳机，包括：
扬声器；
音频输入装置，被配置为获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号；
噪声采集麦克风，被配置为采集环境噪声信号；
音频处理装置，与所述音频输入装置以及所述扬声器电连接，被配置为根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至所述扬声器。
进一步地，所述噪声采集麦克风包括前馈麦克风和反馈麦克风；
其中，所述前馈麦克风被配置为采集外部噪声信号；
所述反馈麦克风被配置为采集内部噪声信号。
进一步地，所述音频处理装置被配置为：
根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号；
根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号；
将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
进一步地，所述音频处理装置包括自适应滤波器、第一加法器以及第二加法器；
其中，所述第一加法器分别与所述音频输入装置、所述自适应滤波器以及所述扬声器连接，被配置为将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号并发送至所述扬声器；
所述第二加法器分别与所述反馈麦克风、所述音频输入装置以及所述自适应滤波器连接，被配置为根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号并发送至所述自适应滤波器；
所述自适应滤波器与所述前馈麦克风连接，被配置为根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号并发送至所述第一加法器。
第二方面，本发明实施例提供了一种主动降噪方法，包括：
通过音频输入装置获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号；
通过噪声采集麦克风采集环境噪声信号；
通过音频处理装置根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至扬声器。
进一步地，所述环境噪声信号包括前馈麦克风采集的外部噪声信号和反馈麦克风采集的内部噪声信号。
进一步地，通过音频处理装置根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至扬声器包括：
根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号；
根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号；
将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
本发明实施例通过在主动降噪耳机中引入舒适噪声信号，并将舒适噪声信号与输入音频电信号和自适应滤波信号进行叠加后，通过扬声器进行播放，实现了掩蔽前馈麦克风引入的风噪声、较尖锐的非稳态残留噪声、通过骨导传递的脚步声等，使得主动降噪耳机得听感更舒适。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明第一实施例的主动降噪耳机的示意图；
图2是本发明第二实施例的主动降噪方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明第一实施例的主动降噪耳机的示意图，如图1所示，在本实施例中，所述主动降噪耳机包括扬声器1、音频输入装置2、噪声采集麦克风3以及音频处理装置4。其中，音频输入装置2被配置为获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号。噪声采集麦克风3被配置为采集环境噪声信号。音频处理装置4分别与音频输入装置2和扬声器1电连接，被配置为根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号，并发送至扬声器1进行播放。
需要说明的是，在本实施例中，音频输入装置2获取的输入音频电信号为用户通过手机、电脑等设备向耳机发送的音频电信号，例如音乐信号、语音信号等。
另一方面，舒适噪声信号是在音频输入装置2中预先设定的。需要进一步说明的是，在本实施例中，舒适噪声小于50dB(A)，不会对用户的正常工作或者休息造成影响，所述舒适噪声包括但不限于风声、雨声、流水声、海浪声等白噪声，虽然有声响，但没在任何地方突然提高声音，人的大脑很快就能适应，然后忽略舒适噪声的存在，这就意味着舒适噪声提供了一个相对安全舒适的声音环境。在此基础上，通过舒适噪声掩蔽风噪声、非稳态残留噪声、骨导传递的脚步声等。其中，非稳态残留噪声包括人交谈中的高频残留语音。
进一步地，如图1所示，噪声采集麦克风3包括前馈麦克风31和反馈麦克风32。其中，前馈麦克风31设置在耳机的外侧，位于远离扬声器1的位置，被配置为采集外部噪声信号，所述外部噪声信号为较高频率的噪声信号。反馈麦克风32设置在耳机的内侧，位于接近扬声器1的位置，被配置为采集内部噪声信号，也即采集耳朵附近低频率的噪声信号。
更进一步地，音频处理装置4被配置为根据输入音频电信号和所述反馈麦克风32采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号，以及根据反馈噪声信号和所述前馈麦克风31采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号。音频处理装置4还被配置为将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
具体地，如图1所示，本实施例的音频处理装置4包括自适应滤波器41、第一加法器42以及第二加法器43。其中，第一加法器42分别与音频输入装置2、自适应滤波器41以及扬声器1连接。第二加法器43分别与反馈麦克风32、音频输入装置2以及自适应滤波器41连接。自适应滤波器41还与前馈麦克风31连接。
更具体地，前馈麦克风31被配置为将采集的外部噪声信号发送至自适应滤波器41，反馈麦克风32被配置为将采集的内部噪声信号发送至第二加法器43。
第二加法器43被配置为根据所述输入音频电信号和反馈麦克风32采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号，并发送至自适应滤波器41。具体地，反馈麦克风32采集的内部噪声信号通过第二加法器43减去输入音频信号后，发送至自适应滤波器41。
自适应滤波器41被配置为根据所述反馈噪声信号和前馈麦克风31采集的外部噪声信号进行自适应滤波生成自适应滤波信号，并发送至第一加法器42。具体地，自适应滤波器41将所述反馈噪声信号和前馈麦克风31采集的外部噪声信号进行幅度等调整，并在进行相位反向后发送至第一加法器42。
第一加法器42被配置为将所述输入音频电信号、舒适噪声信号和自适应滤波信号叠加以生成播放信号，并发送至扬声器1进行播放。
需要说明的是，本实施例是通过模拟电路实现主动降噪，具有电路简单、成本低、功耗低、响应速度快等优点。作为一种可选的实施方式，还可以通过数字电路实现主动降噪，也即，可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信息处理)芯片实现主动降噪，通过软件实现降噪以及输入舒适噪声信号，具有尺寸小、功能灵活多变、更加智能等优点。
需要进一步说明的是，本实施例是在混合式降噪耳机引入舒适噪声，实现对混合式降噪耳机的降噪功能进行优化。基于相同的原理，也可以在前馈式降噪耳机或者反馈式降噪耳机中引入舒适噪声，以实现对前馈式降噪耳机或者反馈式降噪耳机的降噪功能进行优化。
在本实施例中，通过将音频输入装置中预设的舒适噪声信号与输入音频电信号和自适应滤波信号进行叠加后，通过扬声器进行播放，实现了在主动降噪耳机中引入舒适噪声，并通过舒适噪声掩蔽前馈麦克风引入的风噪声、较尖锐的非稳态残留噪声、通过骨导传递的脚步声等，使得主动降噪耳机得听感更舒适。
本发明第二实施例提供了一种主动降噪方法，结合图1-2所示，具体包括以下步骤：
步骤S100，通过音频输入装置2获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号。在本实施例中，所述输入音频电信号为用户通过手机、电脑等设备向耳机发送的音频电信号，例如音乐信号、语音信号等。而舒适噪声信号是在音频输入装置2中预先设定的。
步骤S200，通过噪声采集麦克风3采集环境噪声信号。其中，所述环境噪声信号包括前馈麦克风31采集的外部噪声信号和反馈麦克风32采集的内部噪声信号。
步骤S300，通过音频处理装置4根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号并发送至扬声器1。
具体地，步骤S300，通过音频处理装置4根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号并发送至扬声器1包括：
根据输入音频电信号和所述反馈麦克风32采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号；
根据反馈噪声信号和所述前馈麦克风31采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号；
将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
需要说明的是，本实施例的主动降噪方法既适用于模拟电路降噪，又适用于数字电路降噪。
需要进一步说明的是，本实施例的主动降噪方法既适用于混合式降噪耳机，又可以基于相同的原理适用于前馈式降噪耳机或者反馈式降噪耳机。
本实施例通过获取预先设定的舒适噪声信号，并将舒适噪声信号与输入音频电信号和自适应滤波信号进行叠加后，通过扬声器进行播放，实现了在主动降噪耳机中引入舒适噪声，并通过舒适噪声掩蔽前馈麦克风引入的风噪声、较尖锐的非稳态残留噪声、通过骨导传递的脚步声等，使得主动降噪耳机得听感更舒适。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种主动降噪耳机，其特征在于，包括：
扬声器(1)；
音频输入装置(2)，被配置为获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号；
噪声采集麦克风(3)，被配置为采集环境噪声信号；
音频处理装置(4)，与所述音频输入装置(2)以及所述扬声器(1)电连接，被配置为根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至所述扬声器(1)。
2.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述噪声采集麦克风(3)包括前馈麦克风(31)和反馈麦克风(32)；
其中，所述前馈麦克风(31)被配置为采集外部噪声信号；
所述反馈麦克风(32)被配置为采集内部噪声信号。
3.根据权利要求2所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述音频处理装置(4)被配置为：
根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风(32)采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号；
根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风(31)采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号；
将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
4.根据权利要求3所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述音频处理装置(4)包括自适应滤波器(41)、第一加法器(42)以及第二加法器(43)；
其中，所述第一加法器(42)分别与所述音频输入装置(2)、所述自适应滤波器(41)以及所述扬声器(1)连接，被配置为将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号并发送至所述扬声器(1)；
所述第二加法器(43)分别与所述反馈麦克风(32)、所述音频输入装置(2)以及所述自适应滤波器(41)连接，被配置为根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风(32)采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号并发送至所述自适应滤波器(41)；
所述自适应滤波器(41)与所述前馈麦克风(31)连接，被配置为根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风(31)采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号并发送至所述第一加法器(42)。
5.一种主动降噪方法，其特征在于，包括：
通过音频输入装置(2)获取输入音频电信号和预定的舒适噪声信号；
通过噪声采集麦克风(3)采集环境噪声信号；
通过音频处理装置(4)根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至扬声器(1)。
6.根据权利要求5所述的主动降噪方法，其特征在于，所述环境噪声信号包括前馈麦克风(31)采集的外部噪声信号和反馈麦克风(32)采集的内部噪声信号。
7.根据权利要求6所述的主动降噪方法，其特征在于，通过音频处理装置(4)根据所述输入音频电信号、环境噪声信号和预定的舒适噪声信号生成播放信号发送至扬声器(1)包括：
根据所述输入音频电信号和所述反馈麦克风(32)采集的内部噪声信号生成反馈噪声信号；
根据所述反馈噪声信号和所述前馈麦克风(31)采集的外部噪声信号进行自适应率滤波生成自适应滤波信号；
将所述输入音频电信号、所述舒适噪声信号和所述自适应滤波信号叠加以生成所述播放信号。
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