CN113115157A - 耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机 - Google Patents

耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机。该耳机的主动降噪方法包括：获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；根据第一声信号向量，确定当前降噪参数；根据当前降噪参数和所述环境噪声信号，确定降噪信号。本发明实施例提供的技术方案能够提高耳机的降噪效果，使耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。

Description

耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机
技术领域
本发明涉及主动降噪技术领域，具体涉及一种耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机。
背景技术
近年来，带有主动降噪功能的耳机市场持续发展，例如，包耳式耳机、入耳式耳机。入耳式耳机中较为特殊的半入耳式耳机，因其佩戴舒适、清洁、无异物感、无听诊器效应等优势颇受一定用户的喜爱。
然而，半入耳式耳机与人耳道之间的封闭性差，导致声学泄露，几乎无法实施被动降噪；若采取与一般入耳式耳机相同的主动降噪方案，半入耳式耳机的主动降噪效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机，能够提高耳机的降噪效果，使耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种耳机的主动降噪方法，包括：获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；根据第一声信号向量，确定当前降噪参数；根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号。
在本发明的一些实施例中，上述根据第一声信号向量，确定当前降噪参数，包括：根据麦克风阵列对应的标定声场基矩阵和第一声信号向量，确定参考声场基系数向量；根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，其中，标定声场基系数向量是根据标定声场基矩阵和麦克风阵列在预先标定环境中采集的第二声信号向量确定的；根据当前声场基矩阵和第一声信号向量，确定当前使用环境下的当前声场基系数向量；根据当前声场基系数向量，确定当前降噪参数。
在本发明的一些实施例中，上述根据当前声场基系数向量，确定当前降噪参数，包括：a.根据当前声场基系数向量，对标定降噪系数进行调整；b.基于调整后的标定降噪系数，确定更新后的第一声信号向量；c.基于当前声场基矩阵及更新后的第一声信号向量，确定更新后的当前声场基系数向量；d.当更新后的当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的标定降噪系数进行调整；e.迭代执行步骤b、c、d，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述迭代执行步骤b、c、d，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数，包括：在第i次迭代执行步骤b、c、d后，得到经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量；根据经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量，判断预设目标函数是否收敛到最小值；当预设目标函数收敛到最小值时，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述标定降噪系数是在预先标定环境中通过以下步骤确定的：a.根据标定声场基系数向量，对初始降噪系数进行调整；b.基于调整后的初始降噪系数，确定更新后的第二声信号向量；c.基于标定声场基矩阵及更新后的第二声信号向量，确定更新后的标定声场基系数向量；d.当更新后的标定声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的初始降噪系数进行调整；e.迭代执行步骤b、c、d，直至更新后的标定声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的初始降噪系数为标定降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，包括：在耳机当前所处的声场复杂度与在预先标定环境中确定标定声场基矩阵时的声场复杂度一致的条件下，根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定当前声场基矩阵。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种耳机的主动降噪装置，包括：麦克风阵列，用于采集第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；第一确定模块，用于根据第一声信号向量，确定当前降噪参数；第二确定模块，用于根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种半入耳式主动降噪耳机，包括如上所述的耳机的主动降噪装置。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，包括存储在其上的计算机指令，计算机指令在被处理器执行时，使得处理器执行上述任一项所述的耳机的主动降噪方法。
根据本发明实施例的第五方面，提供一种电子设备，包括：处理器；存储器，存储器包括存储在其上的计算机指令，计算机指令在被处理器执行时，使得处理器执行上述任一实施例所述的方法。
根据本发明实施例提供的技术方案，通过获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；根据第一声信号向量，确定当前降噪参数；根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号，能够结合参考麦克风采集的环境噪声信号和误差麦克风采集的耳内噪声来确定主动降噪参数，从而大幅度提升前馈主动降噪耳机的降噪效果，使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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所示为本发明一实施例提供的耳机的结构示意图。
图2所示为本发明一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。
图3所示为本发明另一实施例提供的耳机的结构示意图。
图4所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。
图5所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。
图6所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。
图7所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。
图8所示为本发明一实施例提供的耳机的主动降噪装置的框图。
图9所示为本发明一实施例提供的电子设备的框图。
具体实施方式
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。
为了便于理解，下面先对本申请实施例可能涉及的相关概念等进行简单介绍。
用户耳廓与主动降噪耳机之间形成开放空间声场。麦克风阵列采集的声信号向量
Figure BDA0003018143090000051
经快速傅里叶变换(FFT)可以得到各频率分量
Figure BDA0003018143090000052
其中m＝1，2，3，...，M，M为FFT点数，i为麦克风阵列中麦克风的个数。
Figure BDA0003018143090000053
可以通过下式(1)进行描述：
Figure BDA0003018143090000054
其中，
Figure BDA0003018143090000055
为由麦克风阵列(i个麦克风)的位置描述的声场基矩阵(对应频率fm)。其中，
Figure BDA0003018143090000056
为第i个麦克风所处空间点的声场基向量(对应频率fm)，φi，N(fm)为该空间点的第N阶声场基(对应频率fm)，代表第N阶模态振型。
需要说明的是，声场基矩阵可以根据波动方程和耳机-耳道声场边界条件确定，在此不再赘述。声场基可以通过声音辐射模态、空腔模态、多极子等多种不同的基函数进行确定，本领域技术人员可以根据使用场景对应选择具体的基函数类型和模态阶数。
Figure BDA0003018143090000057
为上述开放空间的声场基系数向量(对应频率fm)。
如下式(2)，将各频率分量
Figure BDA0003018143090000058
乘以声场基矩阵ψi×N(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i -1(fm)，即可得到对应频率下的声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000059
Figure BDA00030181430900000510
由于在主动降噪的过程中，需通过麦克风等传感器对声信号进行采集，然而，麦克风在采集声音的强度、频率等信息的同时，也会丢失一部分信息，例如不同角度、不同位置之间的传播关系等。尤其是在不均匀的声场中，各空间点之间必然存在相互影响，而仅凭麦克风采集到的信息无法准确体现这些信息，也就无法准确还原出声场的全貌。因此，本申请通过根据声场中各空间点上的麦克风所采集的声信号及各空间点所对应的多阶模态，将单维度(麦克风观测)的处理方式转换为双维度(麦克风观测+声场模态分解)的处理方式，“找回”麦克风丢失的一部分信息，更加准确地还原声场全貌，提高主动降噪算法的精度。
图1所示为本发明一实施例提供的耳机的结构示意图。
该耳机包括麦克风阵列(包括至少一个参考麦克风110和至少一个误差麦克风120)、扬声器130和计算模块140。应当理解，上述麦克风阵列还可以包括至少一个通话麦克风，本发明对此不作限定。
参考麦克风110设于耳机外壳上，用于采集环境噪声信号x。误差麦克风120设于靠近用户耳道的位置，用于采集耳内噪声信号。计算模块140用于接收麦克风阵列采集的声信号向量(包括参考麦克风110的环境噪声信号x和误差麦克风120采集的耳内噪声信号，以及通话麦克风采集的声信号)，根据声信号向量确定降噪系数W，并根据环境噪声信号x和降噪系数W计算得到降噪信号y，再将降噪信号y传送至扬声器130；扬声器130用于根据接收到的降噪信号y播放降噪声波，和/或用于播放音频信号s。
需要说明的是，图1中虚线所示的路径代表除电路以外的声信号的传播路径。具体地，在耳机内，参考麦克风110到误差麦克风120之间的空间形成初级路径，扬声器130本身与扬声器130到误差麦克风120之间的空间共同构成次级路径。初级路径与次级路径具有各自的传递函数，其中，初级路径的传递函数为P，次级路径的传递函数为G。
图2所示为本发明一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。该方法可以由计算机设备执行。如图2所示，该方法包括如下内容。
S110：获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风。
上述耳机可以为前馈式主动降噪耳机。上述麦克风阵列可以包括前馈式主动降噪耳机上的部分或全部麦克风。除至少一个参考麦克风和至少一个误差麦克风之外，上述麦克风阵列还可以包括至少一个通话麦克风，应当理解，本发明对麦克风阵列所包含的麦克风类型、麦克风数量不作具体限定。
S120：根据第一声信号向量，确定当前降噪参数。
具体地，可以根据第一声信号向量和当前声场基矩阵确定当前使用环境下的当前声场基系数向量，当该当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，可以对标定降噪系数W0进行迭代调整，直到更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，此时可以将更新后的标定降噪参数作为当前降噪参数W1。
S130：根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号。
就是说，根据上述当前降噪参数W1和参考麦克风采集的环境噪声信号x，确定用于抵消环境噪声信号的降噪信号，并通过扬声器播放该降噪信号。
根据本发明实施例提供的技术方案，通过获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，根据第一声信号向量，确定当前降噪参数，以及根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号，结合了参考麦克风采集的环境噪声信号和误差麦克风采集的耳内噪声来确定主动降噪参数，能够大幅度提升前馈主动降噪耳机的降噪效果，使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
图3所示为本发明另一实施例提供的耳机的结构示意图。图4所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。在本发明图2所示实施例的基础上延伸出本发明图4所示实施例，下面结合如图3着重叙述图4所示实施例与图2所示实施例的不同之处，相同之处不再赘述。
如图3所示，该耳机包括麦克风阵列(包括至少一个参考麦克风110、至少一个误差麦克风120和至少一个通话麦克风180)、扬声器130、声场基系数计算模块141、校验模块150、自适应模块160(例如，LMS模块)和降噪信号生成模块170。
参考麦克风110设于耳机外壳上，用于采集环境噪声信号x。误差麦克风120设于靠近用户耳道的位置，用于采集耳内噪声信号。降噪信号生成模块170用于接收来自参考麦克风110的环境噪声信号x，并根据环境噪声信号和降噪系数W计算得到降噪信号y，再将降噪信号y传送至扬声器130；扬声器130用于根据接收到的降噪信号y播放降噪声波，和/或用于播放音频信号s。
声场基系数计算模块140用于根据基于麦克风阵列采集到的第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000081
和已知的标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，0 -1(fm)，计算得到对应频率下的参考声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000082
参见上式(2)。校验模块150用于基于
Figure BDA0003018143090000083
对当前应用的标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)进行校验或校正，以确定当前使用环境下的当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)。然后，声场基系数计算模块140用于根据第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000084
和当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，1 -1(fm)求解当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000085
自适应模块160用于指导调整降噪系数，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，并将当前调整后的降噪系数确定为最终的降噪系数。
具体地，如图4所示，在本发明实施例提供的耳机的主动降噪方法中，上述步骤S120可以包括步骤S210至步骤S240。
S210：根据麦克风阵列对应的标定声场基矩阵和第一声信号向量，确定参考声场基系数向量。
在本发明实施例中，标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)可以为预先确定好的。在主动降噪耳机的实际使用阶段，麦克风阵列于实时位置采集得到第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000091
如下式(3)，基于第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000092
和上述标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，0 -1(fm)可以计算得到参考声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000093
Figure BDA0003018143090000094
S220：根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，其中，标定声场基系数向量是根据标定声场基矩阵和麦克风阵列在预先标定环境中采集的第二声信号向量确定的。
需要说明的是，上述标定声场基系数向量可以在耳机出厂前的预先标定阶段完成。具体地，可以将主动降噪耳机放置于人工头的耳道内以使麦克风阵列处于标定位置，采集得到第二声信号向量
Figure BDA0003018143090000095
然后根据下式(4)，基于第二声信号向量
Figure BDA0003018143090000096
和已知的标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，0 -1(fm)求解标定声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000097
Figure BDA0003018143090000098
由于不同用户耳道存在差异，且用户佩戴位置、角度等存在差异，无法保证主动降噪耳机在实际使用阶段的实时位置与预先标定阶段的标定位置相同，因此需要基于
Figure BDA0003018143090000099
对当前应用的标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)进行校验或校正，以确定当前使用环境下的当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)。
具体地，可以通过比较参考声场基系数向量
Figure BDA00030181430900000910
和标定声场基系数向量
Figure BDA00030181430900000911
的关系，例如，根据
Figure BDA00030181430900000912
和
Figure BDA00030181430900000913
是否满足预设条件，来确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)。例如，当
Figure BDA00030181430900000914
和
Figure BDA00030181430900000915
满足预设条件时，可以将标定声场基矩阵确定为当前声场基矩阵；当
Figure BDA0003018143090000101
和
Figure BDA0003018143090000102
不满足预设条件时，可以对标定声场基矩阵进行校正，重新确定当前声场基矩阵。
S230：根据当前声场基矩阵和第一声信号向量，确定当前使用环境下的当前声场基系数向量。
具体地，可以根据式(5)，基于第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000103
和当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，1 -1(fm)求解当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000104
Figure BDA0003018143090000105
S240：根据当前声场基系数向量，确定降噪参数。
例如，可以基于当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000106
对标定降噪系数W0进行调整，并采用调整后的标定降噪系数确定更新后的降噪信号。扬声器播放更新后的降噪信号，麦克风阵列能够采集到更新后的第一声信号向量。然后，基于当前声场基矩阵及更新后的第一声信号向量，确定更新后的当前声场基系数向量。当更新后的当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，可以对调整后的标定降噪系数再次进行调整；重复上述迭代过程，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，即可停止调整，并可以将当前调整后的标定降噪系数确定为最终的降噪系数。
需要说明的是，可以采用自适应算法来实现上述迭代过程，例如LMS(Least MeanSquare，最小均方)算法等，直到更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件。应当理解，本申请的实施例对于实际采用的算法不做具体限定。
根据本发明实施例提供的技术方案，能够实时检测耳机在用户耳道中的位置与姿态，当耳机当前位置和姿态与确定标定声场基矩阵时的标定位置差异较大时，可以对标定声场基矩阵进行调整，获得当前声场基矩阵，进而自适应降噪系数，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，并将当前调整后的降噪系数确定为最终的降噪系数，即能够实时地根据耳机在用户耳道中的位置与姿态调节降噪参数，以满足不同用户在不同使用状态下的不同降噪需求，从而使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。另外，本申请实施例利用声场基矩阵得到声信号对应的多阶模态，对麦克风丢失的信息进行重构，从而能够更加准确地还原声场全貌，提高主动降噪算法的精度，提升主动降噪耳机的降噪效果。
图5所示为本发明另一实施例提供的耳机的主动降噪方法的流程示意图。该方法可以由计算机设备执行。在本发明图2所示实施例的基础上延伸出本发明图5所示实施例，下面着重叙述图5所示实施例与图2所示实施例的不同之处，相同之处不再赘述。
如图5所示，在本申请实施例提供的耳机的主动降噪方法中，上述步骤S120可以包括步骤S310至步骤S350。
S310：根据麦克风阵列对应的标定声场基矩阵和第一声信号向量，确定参考声场基系数向量。
S320：当参考声场基系数向量与标定声场基系数向量的关系不满足预设条件时，根据参考声场基系数向量与标定声场基系数向量之间的非线性差异，确定当前声场基矩阵。
在本发明的一个实施例中，上述预设条件用于表征参考声场基系数向量与标定声场基系数向量呈线性相关。例如，可以根据下式(6)判断
Figure BDA0003018143090000111
与标定声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000112
是否线性相关，即下式(6)是否成立。
Figure BDA0003018143090000113
其中，
Figure BDA0003018143090000114
表示参考声场基系数向量，
Figure BDA0003018143090000115
表示标定声场基系数向量，
Figure BDA0003018143090000116
表示预设的偏差阈值向量，λ为常数，fm表示频率。
具体地，当上式(6)中“≤”不成立时，表明主动降噪耳机当前在耳道中形成的声场结构与预先标定时并不相似，因此，标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)并非真实的当前声场基矩阵，需要重新确定当前声场基矩阵。
具体地，可以根据
Figure BDA0003018143090000121
与
Figure BDA0003018143090000122
之间的非线性差异
Figure BDA0003018143090000123
确定真实的当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)。
S330：当参考声场基系数向量与标定声场基系数向量的关系满足预设条件时，将标定声场基矩阵确定为当前声场基矩阵。
也就是说，当上式(6)中“≤”成立时，表明主动降噪耳机当前在耳道中形成的声场结构与预先标定时近似，此时，可以将标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)作为当前声场基矩阵。
S340：根据当前声场基矩阵和第一声信号向量，确定当前使用环境下的当前声场基系数向量。
具体地，可以根据上式(5)，基于第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000124
和ψi×N，1(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，1 -1(fm)求解当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000125
S350：根据当前声场基系数向量，确定降噪参数。
例如，当上式(6)中“≤”成立时，主动降噪耳机当前在耳道中形成的声场结构与预先标定时近似，标定声场基矩阵ψi×N，0(fm)即为当前声场基矩阵。此时，当前主动降噪耳机的降噪参数可以与预先设定的标定降噪参数一致。
当“≤”不成立时，主动降噪耳机当前在耳道中形成的声场结构与预先标定时并不相似，标定声场基矩阵并非真实的当前声场基矩阵，可以重新确定当前声场基矩阵和当前降噪参数。
具体地，如图6所示，上述步骤S350可以包括步骤S351至步骤S355。
S351：根据当前声场基系数向量，对标定降噪系数进行调整。
S352：基于调整后的标定降噪系数，确定更新后的第一声信号向量。
S353：基于当前声场基矩阵及更新后的第一声信号向量，确定更新后的当前声场基系数向量。
S354：当更新后的当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的标定降噪系数进行调整。
S355：迭代执行步骤S352至S354，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
在本发明一实施例中，可以通过设置目标函数来判断当前声场基系数向量是否满足预设最优条件。上述迭代过程可以采用自适应算法，例如LMS(Least Mean Square，最小均方)算法来实现。例如，可以令目标函数为：
Figure BDA0003018143090000131
其中，
Figure BDA0003018143090000132
其中，T表示转置运算，E表示数学期望，k为对降噪参数进行迭代计算的次数。应当理解，也可以频域表达形式
Figure BDA0003018143090000133
表示上述目标函数，本发明对此不作具体限定。
具体地，可以根据式(7)和式(9)，基于当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000134
对标定降噪系数W(0)(也可以记为W0)进行调整，获得W(1)；基于W(1)确定降噪信号，进而获取麦克风阵列采集的更新后的第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000135
根据上式(8)，基于当前声场基矩阵ψi×N，1(fm)的广义逆矩阵ψD，N×i，1 -1(fm)及更新后的第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000136
确定更新后的当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000137
根据更新后的当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000138
计算目标函数J(1)，若目标函数J(1)收敛到最小值，则停止迭代；若目标函数J(1)未收敛到最小值，则根据式(9)再次调节降噪参数，获得W(2)，基于W(2)确定降噪信号，进而获取麦克风阵列采集的更新后的第一声信号向量
Figure BDA0003018143090000139
以次类推。重复上述迭代过程，直至更新后的当前声场基系数向量对应的目标函数收敛到最小值，此时，可以确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数W1。
Figure BDA0003018143090000141
具体地，如图7所示，在一实施例中，上述步骤S355可以包括：
S3551：在第i次迭代执行步骤S352至S354后，得到经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量。
S3552：根据经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量，判断预设目标函数是否收敛到最小值。
S3553：当预设目标函数收敛到最小值时，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
具体地，例如在时域进行计算时，在第i次迭代中，可以根据上述目标函数判断当前声场基系数向量的2-范数的平方是否收敛到最小值。如果判断结果为是，则迭代结束；如果判断结果为否，则进入第(i+1)次迭代。
需要说明的是，上述标定降噪系数可以为人为预先设定的任意一组系数值；也可以为通过对初始降噪参数进行迭代调整所获得的，本发明对此不作具体限定。
具体地，标定降噪系数可以在耳机出厂前的预先标定环境中通过以下步骤确定：
S410：根据标定声场基系数向量，对初始降噪系数进行调整；
S420：基于调整后的初始降噪系数，确定更新后的第二声信号向量；
S430：基于标定声场基矩阵及更新后的第二声信号向量，确定更新后的标定声场基系数向量；
S440：当更新后的标定声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的初始降噪系数进行调整；
S450：迭代执行步骤S420至S440，直至更新后的标定声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的初始降噪系数为标定降噪系数。
应当理解，上述获得标定降噪系数的步骤S410至S450与上述步骤S351至S355相似，在此不再赘述。
根据本发明实施例提供的技术方案，当参考声场基系数向量与标定声场基系数向量的关系不满足预设条件时，根据参考声场基系数向量与标定声场基系数向量之间的非线性差异，确定当前声场基矩阵；当参考声场基系数向量与标定声场基系数向量的关系满足预设条件时，将标定声场基矩阵确定为当前声场基矩阵；可以实时地根据耳机在用户耳道中的位置与姿态确定当前声场基矩阵，进而自适应调节主动降噪参数，从而可以满足不同用户在不同使用状态下的不同降噪需求，使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
在本发明的一个实施例中，上述根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，包括：在主动降噪耳机当前所处的声场复杂度与在预先标定环境中确定标定声场基矩阵时的声场复杂度一致的条件下，根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定当前声场基矩阵。
需要说明的是，扬声器参与(播放音频信号s和/或降噪信号y)时的声场复杂度N2大于扬声器未参与(扬声器未播放音频信号和/或降噪信号，耳机仅被动隔声)时的声场复杂度N1，即N2＞N1。
简单地说，主动降噪耳机在当前使用环境下重新确定当前声场基矩阵时，首先需要保证当前声场条件与确定标定声场基矩阵时的声场条件相同，从而保证主动降噪算法的准确性。例如，如果在预先标定环境中确定标定声场基矩阵时，扬声器并未参与，因此在当前使用环境下重新确定当前声场基矩阵时，也需要在扬声器未参与时进行确定。
具体地，在扬声器未参与下，参考麦克风与扬声器之间的电路W断路且次级路径G无意义，预先标定阶段的耳机在标定噪声环境中基于采集到的第二声信号向量和已知的标定声场基矩阵
Figure BDA0003018143090000161
求解标定声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000162
然后使电路W开启，开始主动降噪(即播放降噪信号)，并根据上述步骤S310至步骤S350，基于
Figure BDA0003018143090000163
迭代得到标定降噪参数W0；实际使用阶段的耳机在实际噪声环境中，同样在扬声器未参与时确定当前声场基矩阵ψi×N1，1(fm)及当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000164
然后使电路W开启，以标定降噪参数W0开始主动降噪并基于
Figure BDA0003018143090000165
迭代调节W0得到实时最优的降噪参数W1。
在扬声器仅播放音频信号s时，电路W断路但存在次级路径G，预先标定阶段的耳机在标定噪声环境中基于采集到的第二声信号向量
Figure BDA0003018143090000166
和已知的标定声场基矩阵
Figure BDA0003018143090000167
求解标定声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000168
然后使电路W开启，开始主动降噪(即播放降噪信号)，并根据上述步骤S310至步骤S350，基于
Figure BDA0003018143090000169
迭代得到标定降噪系数W0；实际使用阶段的耳机在实际噪声环境中，同样在扬声器仅播放音频信号s时，确定当前声场基矩阵
Figure BDA00030181430900001610
及当前声场基系数向量
Figure BDA00030181430900001611
然后使电路W开启，以标定降噪参数W0开始主动降噪并基于
Figure BDA00030181430900001612
迭代调节W0得到实时最优的降噪参数W1。
在扬声器播放降噪信号y时，电路W通路且存在次级路径G，预先标定阶段的耳机在标定噪声环境中基于已知的标定声场基矩阵
Figure BDA00030181430900001613
和在主动降噪下实时采集的第二声信号向量
Figure BDA00030181430900001614
计算对应时刻的标定声场基系数向量
Figure BDA00030181430900001615
同时根据上述步骤S310至步骤S350，基于
Figure BDA00030181430900001616
迭代得到标定降噪系数W0；实际使用阶段的耳机在实际噪声环境中，同样在扬声器播放降噪信号y时，以W0进行主动降噪，确定当前声场基矩阵
Figure BDA0003018143090000171
及当前声场基系数向量
Figure BDA0003018143090000172
然后基于
Figure BDA0003018143090000173
迭代调节W0得到实时最优的降噪参数W1。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
图8所示为本发明一实施例提供的耳机的主动降噪装置的框图。如图8所示，该耳机的主动降噪装置800包括：
麦克风阵列810，用于采集第一声信号向量，其中，麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；
第一确定模块820，用于根据第一声信号向量，确定当前降噪参数；
第二确定模块830，用于根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号。
根据本发明实施例提供的技术方案，通过获取耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，根据第一声信号向量，确定当前降噪参数，以及根据当前降噪参数和环境噪声信号，确定降噪信号，结合了参考麦克风采集的环境噪声信号和误差麦克风采集的耳内噪声来确定主动降噪参数，能够大幅度提升前馈主动降噪耳机的降噪效果，使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
在本发明的一些实施例中，上述第一确定模块820用于根据麦克风阵列对应的标定声场基矩阵和第一声信号向量，确定参考声场基系数向量；根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，其中，标定声场基系数向量是根据标定声场基矩阵和麦克风阵列在预先标定环境中采集的第二声信号向量确定的；根据当前声场基矩阵和第一声信号向量，确定当前使用环境下的当前声场基系数向量；根据当前声场基系数向量，确定当前降噪参数。
在本发明的一些实施例中，上述第一确定模块820用于：a.根据当前声场基系数向量，对标定降噪系数进行调整；b.基于调整后的标定降噪系数，确定更新后的第一声信号向量；c.基于当前声场基矩阵及更新后的第一声信号向量，确定更新后的当前声场基系数向量；d.当更新后的当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的标定降噪系数进行调整；e.迭代执行步骤b、c、d，直至更新后的当前声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述第一确定模块820用于：在第i次迭代执行步骤b、c、d后，得到经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量；根据经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量，判断预设目标函数是否收敛到最小值；当预设目标函数收敛到最小值时，确定当前调整后的标定降噪系数为当前降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述标定降噪系数是在预先标定环境中通过以下步骤确定的：a.根据标定声场基系数向量，对初始降噪系数进行调整；b.基于调整后的初始降噪系数，确定更新后的第二声信号向量；c.基于标定声场基矩阵及更新后的第二声信号向量，确定更新后的标定声场基系数向量；d.当更新后的标定声场基系数向量不满足预设最优条件时，对调整后的初始降噪系数进行调整；e.迭代执行步骤b、c、d，直至更新后的标定声场基系数向量满足预设最优条件，确定当前调整后的初始降噪系数为标定降噪系数。
在本发明的一些实施例中，上述第一确定模块820用于在耳机当前所处的声场复杂度与在预先标定环境中确定标定声场基矩阵时的声场复杂度一致的条件下，根据参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定当前声场基矩阵。
在本发明的另一个实施例中，提供一种半入耳式主动降噪耳机，包括如图8实施例提供的耳机的主动降噪装置。
根据本发明实施例提供的技术方案，能够大幅度提升半入耳式前馈主动降噪耳机的降噪效果，使主动降噪耳机兼具优秀的佩戴体验和降噪性能。
上述装置中各个模块的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
图9所示为本发明一实施例提供的电子设备900的框图。
参照图9，电子设备900包括处理组件910，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器920所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件910的执行的指令，例如应用程序。存储器920中存储的应用程序可包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件910被配置为执行指令，以执行上述耳机的主动降噪方法。
电子设备900还可以包括一个电源组件被配置为执行电子设备900的电源管理，一个有线或无线网络接口被配置为将电子设备900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口。电子设备900可以操作基于存储在存储器920的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OSXTM，UnixTM，LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由上述电子设备900的处理器执行时，使得上述电子设备900能够执行一种耳机的主动降噪方法。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
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，可以存储在一个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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序校验码的介质。
另外，还需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
应当理解，本发明实施例中提到的第一、第二等限定词，仅仅为了更清楚地描述本发明实施例的技术方案使用，并不能用以限制本发明的保护范围。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种耳机的主动降噪方法，其特征在于，包括：
获取所述耳机上设置的麦克风阵列采集的第一声信号向量，其中，所述麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；
根据所述第一声信号向量，确定当前降噪参数；
根据所述当前降噪参数和所述环境噪声信号，确定降噪信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一声信号向量，确定当前降噪参数，包括：
根据所述麦克风阵列对应的标定声场基矩阵和所述第一声信号向量，确定参考声场基系数向量；
根据所述参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定所述麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，其中，所述标定声场基系数向量是根据所述标定声场基矩阵和所述麦克风阵列在预先标定环境中采集的第二声信号向量确定的；
根据所述当前声场基矩阵和所述第一声信号向量，确定当前使用环境下的当前声场基系数向量；
根据所述当前声场基系数向量，确定所述当前降噪参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前声场基系数向量，确定所述当前降噪参数，包括：
a.根据所述当前声场基系数向量，对标定降噪系数进行调整；
b.基于调整后的标定降噪系数，确定更新后的第一声信号向量；
c.基于所述当前声场基矩阵及所述更新后的第一声信号向量，确定更新后的当前声场基系数向量；
d.当所述更新后的当前声场基系数向量不满足预设最优条件时，对所述调整后的标定降噪系数进行调整；
e.迭代执行步骤b、c、d，直至所述更新后的当前声场基系数向量满足所述预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为所述当前降噪系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述迭代执行步骤b、c、d，直至所述更新后的当前声场基系数向量满足所述预设最优条件，确定当前调整后的标定降噪系数为所述当前降噪系数，包括：
在第i次迭代执行步骤b、c、d后，得到经1次更新后的当前声场基系数向量、经2次更新后的当前声场基系数向量、…、经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及经i次更新后的当前声场基系数向量；
根据所述经1次更新后的当前声场基系数向量、所述经2次更新后的当前声场基系数向量、…、所述经i-1次更新后的当前声场基系数向量以及所述经i次更新后的当前声场基系数向量，判断预设目标函数是否收敛到最小值；
当所述预设目标函数收敛到最小值时，确定当前调整后的标定降噪系数为所述当前降噪系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定降噪系数是在所述预先标定环境中通过以下步骤确定的：
a.根据所述标定声场基系数向量，对初始降噪系数进行调整；
b.基于调整后的初始降噪系数，确定更新后的第二声信号向量；
c.基于所述标定声场基矩阵及所述更新后的第二声信号向量，确定更新后的标定声场基系数向量；
d.当所述更新后的标定声场基系数向量不满足所述预设最优条件时，对所述调整后的初始降噪系数进行调整；
e.迭代执行步骤b、c、d，直至所述更新后的标定声场基系数向量满足所述预设最优条件，确定当前调整后的初始降噪系数为所述标定降噪系数。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定所述麦克风阵列对应的当前声场基矩阵，包括：
在所述耳机当前所处的声场复杂度与在所述预先标定环境中确定所述标定声场基矩阵时的声场复杂度一致的条件下，根据所述参考声场基系数向量和标定声场基系数向量的关系，确定所述当前声场基矩阵。
7.一种耳机的主动降噪装置，其特征在于，包括：
麦克风阵列，用于采集第一声信号向量，其中，所述麦克风阵列包括用于采集环境噪声信号的至少一个参考麦克风和用于采集耳内噪声信号的至少一个误差麦克风；
第一确定模块，用于根据所述第一声信号向量，确定当前降噪参数；
第二确定模块，用于根据所述当前降噪参数和所述环境噪声信号，确定降噪信号。
8.一种半入耳式主动降噪耳机，其特征在于，包括如权利要求7所述的耳机的主动降噪装置。
9.一种电子设备，包括：
处理器；
存储器，所述存储器包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-6中任一项所述的耳机的主动降噪方法。
10.一种计算机可读存储介质，包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-6中任一项所述的耳机的主动降噪方法。
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