CN113132848A - 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机 - Google Patents

滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机 Download PDF

Info

Publication number
CN113132848A
CN113132848A CN202110394875.4A CN202110394875A CN113132848A CN 113132848 A CN113132848 A CN 113132848A CN 202110394875 A CN202110394875 A CN 202110394875A CN 113132848 A CN113132848 A CN 113132848A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coefficient
filter
noise signal
determining
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110394875.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113132848B (zh
Inventor
刘益帆
徐银海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Ancsonic Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Ancsonic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Ancsonic Technology Co ltd filed Critical Beijing Ancsonic Technology Co ltd
Priority to CN202110394875.4A priority Critical patent/CN113132848B/zh
Publication of CN113132848A publication Critical patent/CN113132848A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113132848B publication Critical patent/CN113132848B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1083—Reduction of ambient noise
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1781—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions
    • G10K11/17813—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions characterised by the analysis of the acoustic paths, e.g. estimating, calibrating or testing of transfer functions or cross-terms
    • G10K11/17817—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase characterised by the analysis of input or output signals, e.g. frequency range, modes, transfer functions characterised by the analysis of the acoustic paths, e.g. estimating, calibrating or testing of transfer functions or cross-terms between the output signals and the error signals, i.e. secondary path
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17853—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/108—Communication systems, e.g. where useful sound is kept and noise is cancelled
    • G10K2210/1081—Earphones, e.g. for telephones, ear protectors or headsets

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

本申请提供了一种滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机，涉及降噪技术领域。该方法包括：通过误差麦克风采集剩余噪声信号，其中，剩余噪声信号是传递至误差麦克风所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，降噪信号是根据原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；根据剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。本申请所提供的滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机，通过在滤波器设计阶段采用双麦克风分别采集原始噪声和降噪后的剩余噪声，并根据采集到的原始噪声和降噪后的剩余噪声对滤波器系数进行计算和优化，从而大幅度提升了前馈ANC耳机的降噪效果。

Description

滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机
技术领域
本申请涉及降噪技术领域，具体涉及一种滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机。
背景技术
近年来，随着市场需求的大幅度增长，主动降噪(ANC,Active NoiseCancellation)耳机正在获得越来越多的关注。
根据麦克风的设置位置和控制方式的不同，主动降噪耳机可以分为前馈ANC耳机、反馈ANC耳机和混合(前馈+反馈)ANC耳机。其中，前馈ANC耳机由于具有控制简单、稳定性好、降噪频率范围宽等优点，获得了广泛的应用。
然而，前馈ANC耳机受其耳外麦克风位置所限，无法采集到入耳噪声，从而导致降噪深度较低。因此，如何对前馈ANC耳机进行改进，以使其在发挥原有优势的同时提高降噪效果，成为了本领域亟需解决的课题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供一种滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机，旨在不改变前馈ANC耳机结构的前提下提高其降噪深度，解决现有技术中前馈ANC耳机降噪效果欠佳的技术问题。
本申请的第一方面提供了一种滤波器设计方法，包括：通过误差麦克风采集剩余噪声信号，其中，剩余噪声信号是传递至误差麦克风所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，降噪信号是根据原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；根据剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
在一实施例中，根据剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数，包括：基于误差麦克风所在空间点对应的声场基及剩余噪声信号，确定空间点的初始基系数；根据初始基系数，确定最终的滤波器系数。
在一实施例中，根据初始基系数，确定最终的滤波器系数，包括：根据初始基系数，对初始滤波器系数进行调整；a.基于原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号；b.基于声场基及更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数；c.当更新后的基系数不满足预设最优条件时，对调整后的滤波器系数进行调整；迭代执行步骤a、b、c，直至更新后的基系数满足预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
在一实施例中，迭代执行步骤a、b、c，直至更新后的基系数满足预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数，包括：在第i次迭代执行步骤a、b、c后，得到经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数；根据经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数，判断经i次更新后的基系数是否达到最小值；当确定经i次更新后的基系数达到最小值时，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
本申请的第二方面提供了一种滤波器设计装置，包括：参考麦克风，用于采集原始噪声信号；误差麦克风，用于采集剩余噪声信号，其中，剩余噪声信号是传递至误差麦克风所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，降噪信号是根据原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；计算模块，用于根据剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
在一实施例中，计算模块用于：基于误差麦克风所在空间点对应的声场基及剩余噪声信号，确定空间点的初始基系数；根据初始基系数，确定最终的滤波器系数。
在一实施例中，计算模块用于：根据初始基系数，对初始滤波器系数进行调整；a.基于原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号；b.基于声场基及更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数；c.当更新后的基系数不满足预设最优条件时，对调整后的滤波器系数进行调整；迭代执行步骤a、b、c，直至更新后的基系数满足预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
本申请的第三方面提供了一种入耳式主动降噪耳机，包括滤波器，该滤波器根据本申请第一方面中任一实施例提供的滤波器设计方法设计而成。
本申请的第四方面提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，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，使得处理器执行本申请第一方面中任一实施例提供的滤波器设计方法。
本申请的第五方面提供了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，使得处理器执行本申请第一方面中任一实施例提供的滤波器设计方法。
本申请所提供的滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机，通过在滤波器设计阶段采用双麦克风(参考麦克风和误差麦克风)分别采集原始噪声(即环境噪声)和降噪后的剩余噪声(即入耳噪声)，并根据采集到的原始噪声和降噪后的剩余噪声对主动降噪滤波器系数进行计算和优化，从而大幅度提升了前馈ANC耳机的降噪效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能构成对本申请的限定。
附图说明
为了使本申请实施例的目的、技术方案及优点更加明确，以下将结合附图进一步详细介绍本申请的实施例。应当理解，附图构成说明书的一部分，与本申请的实施例共同用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。除另有说明的情况外，在附图中，相同的符号和编号通常代表相同的步骤或部件。
图1所示为本申请一实施例所提供的一种示例性的滤波器设计系统的示意图。
图2所示为本申请一实施例所提供的滤波器设计方法的流程示意图。
图3所示为本申请另一实施例所提供的滤波器设计方法的流程示意图。
图4所示为本申请另一实施例所提供的滤波器设计方法的流程示意图。
图5所示为本申请另一实施例所提供的滤波器设计方法的流程示意图。
图6所示为本申请一实施例所提供的滤波器设计装置的示意图。
图7所示为本申请一实施例所提供的计算机设备的示意图。
具体实施方式
应用场景概述
如前所述，ANC耳机可分为三种，即前馈ANC耳机、反馈ANC耳机以及混合ANC耳机。三种ANC耳机具有各自的优点和缺点，其中，前馈ANC耳机中的参考麦克风采集环境噪声，控制简单、稳定性好、降噪频率范围宽，但降噪深度通常较低；反馈ANC耳机中的误差麦克风采集入耳噪声，因其靠近耳道，故降噪深度好，但反馈控制系统的稳定性较差，扬声器易发生啸叫；混合ANC耳机虽然兼具前馈与反馈的优势，但却面临软硬件成本较高等问题。
本申请着眼于稳定性较佳的前馈ANC耳机，致力于对滤波器的设计阶段进行改进，以使滤波器具备更好的降噪深度，从而让前馈ANC耳机在用户使用过程中仅依靠参考麦克风也能够实现接近于混合ANC耳机的降噪效果。
此外，在主动降噪的过程中，需通过麦克风等传感器对噪声进行采集。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。
为解决这一课题，本申请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。
示例性系统
图1所示为本申请一实施例所提供的一种示例性的滤波器设计系统100的示意图。滤波器设计系统100包括：参考麦克风110、误差麦克风120、扬声器130以及计算机设备140。
具体地，参考麦克风110设于耳机外壳上，用于采集环境中的原始噪声信号；误差麦克风120设于靠近用户耳道的位置，用于采集进入耳道的剩余噪声信号；计算机设备140包括滤波器，用于接收来自参考麦克风110的原始噪声信号，并根据原始噪声信号和滤波器系数计算得到降噪信号，再将降噪信号传送至扬声器130；扬声器130用于根据接收到的降噪信号播放降噪声波。
另外，计算机设备140还用于接收来自误差麦克风120的剩余噪声信号，并基于原始噪声信号和剩余噪声信号对滤波器系数进行调整，再使用调整后的滤波器系数继续计算降噪信号。经至少一次调整滤波器系数后，当计算机设备140判断当前更新后的剩余噪声信号已经达到期待值时，可以停止调整，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数，完成滤波器设计。
应当理解，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。
在主动降噪的过程中，原始噪声经初级路径传递至误差麦克风120处，降噪信号经次级路径传递至误差麦克风120处，二者在误差麦克风120处叠加后形成剩余噪声(即二者之间的误差)。误差麦克风120采集到剩余噪声后将其转换为剩余噪声信号并传送至计算机设备140。
示例性方法
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员基于本申请中的实施例获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图2所示为本申请一实施例提供的滤波器设计方法的流程示意图。该方法例如可以由计算机设备140执行。如图2所示，该方法包括：
S210：通过误差麦克风采集剩余噪声信号。
其中，剩余噪声信号是传递至误差麦克风所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，降噪信号是根据原始噪声信号及初始滤波器系数确定的。
S220：根据剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
具体地，当判断剩余噪声信号未达到预设的最优条件时，可以对初始滤波器系数进行调整，并采用调整后的滤波器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后，误差麦克风能够采集到更新后的剩余噪声信号。当判断更新后的剩余噪声信号依然未达到预设的最优条件时，可以再次对滤波器系数进行调整，获得再次更新后的剩余噪声信号。重复上述步骤，直至剩余噪声信号满足预设的最优条件时即可停止调整，并将当前滤波器系数(即最后一次调整后的滤波器系数)确定为最终的滤波器系数。
在一实施例中，例如可以将剩余噪声信号的能量达到最小值设置为最优条件，即，通过判断剩余噪声信号的能量是否达到最小值来判断剩余噪声信号是否满足了预设的最优条件。
在这里，反复调整滤波器系数并更新剩余噪声信号的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，每次更新滤波器系数直至剩余噪声信号达到最优。应当理解，本申请的实施例对于实际采用的算法不进行限定。
本申请所提供的滤波器设计方法，通过在滤波器设计阶段分别采集原始噪声和降噪后的剩余噪声，并根据采集到的原始噪声和降噪后的剩余噪声对主动降噪滤波器系数进行计算和优化，从而大幅度提升了前馈ANC耳机的降噪效果。
图3所示为本申请另一实施例提供的滤波器设计方法的流程示意图。该方法例如可以由计算机设备140执行。
本实施例利用声场基(声场模态分解)和基系数表达观测点的噪声信号。由于声场基是预先确定的，因此可以直接基于剩余噪声信号和误差麦克风所在空间点的声场基确定对应的基系数。在此基础上，可以将基系数达到期望值设为剩余噪声信号的最优条件，通过关注对应的基系数是否达到期望值来判断是否停止调整滤波器。这样一来，相当于将零维的剩余噪声信息延展成一维信息，与仅关注机器采集的剩余噪声信号的实施方式相比，本实施例能够根据声学理论还原出更多的声场信息，进而得到降噪效果更佳的滤波器。
如图3所示，本实施例所提供的滤波器设计方法与图2所示实施例的区别在于，S220具体包括如下步骤：
S310：基于误差麦克风所在空间点对应的声场基及剩余噪声信号，确定空间点的初始基系数。
此时，剩余噪声信号是根据初始滤波器系数确定的降噪信号与传递至误差麦克风所在空间点的原始噪声信号之间的误差，即为初始剩余噪声信号，则与之对应的基系数为初始基系数。
具体地，误差麦克风所在空间点对应的声场基为向量，可用
Figure BDA0003018154950000071
表示(对应于频率f)，在这里，误差麦克风所在空间点的声场基向量可以是预先根据波动方程和耳机-耳道声场边界条件确定的。相应地，误差麦克风所在空间点对应的基系数也为向量，可用
Figure BDA0003018154950000072
表示。
应当理解，声场基向量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。
剩余噪声信号的频域表达形式e(f)可以通过下式进行描述：
Figure BDA0003018154950000073
其中，
φk(f)为误差麦克风所在空间点的第k阶声场基，该空间点的声场基阶数为N，
Figure BDA0003018154950000074
为该空间点的声场基向量，其中，φN(f)为该空间点的第N阶声场基，代表第N阶模态振型；
相对应地，Ak(f)为该空间点的第k阶声场基所对应的基系数，
Figure BDA0003018154950000075
为该空间点的基系数向量。
然后，对上式(1)中的基系数向量进行求解，即可得到剩余噪声信号对应的基系数，有：
Figure BDA0003018154950000076
其中，H为对
Figure BDA0003018154950000077
进行共轭转置运算，-1为矩阵求逆运算。
S320：根据初始基系数，确定最终的滤波器系数。
与前述实施例类似地，如图4所示，基于初始基系数确定最终的滤波器系数的过程具体可以包括以下步骤：
S321：根据初始基系数，对初始滤波器系数进行调整。
S322：基于原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号。
S323：基于声场基及更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数。
S324：判断更新后的基系数是否满足预设最优条件；当更新后的基系数不满足预设最优条件时，执行S325，当更新后的基系数满足预设最优条件时，执行S326。
S325：对调整后的滤波器系数进行调整，再次执行S322。
在更新后的基系数达到预设最优条件之前，可以迭代执行步骤S322(下文简称a)、S323(下文简称b)和S325(下文简称c)，直至基系数满足预设最优条件。
S326：确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
在一实施例中，可以通过设置目标函数来判断基系数是否满足预设最优条件。例如，令目标函数：
Figure BDA0003018154950000081
其中，T为对
Figure BDA0003018154950000082
进行转置运算，E表示期望。
或者，在另一实施例中，也可以在时域中进行计算，令目标函数：
Figure BDA0003018154950000083
其中，
Figure BDA0003018154950000084
为对
Figure BDA0003018154950000085
进行傅里叶逆变换所得到的时域表达形式。
当使目标函数J最优，即利用声场基系数描述的入耳噪声的能量最小化时，确定相对应的滤波器系数为最终的滤波器系数。
在这里，迭代执行步骤a、b、c直至更新后的基系数满足预设最优条件的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。具体地，如图5所示，在一实施例中，该过程可以包括：
S410：在第i次迭代执行步骤a、b、c后，得到经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数。
S420：根据经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数，判断经i次更新后的基系数是否达到最小值。
S430：当确定经i次更新后的基系数达到最小值时，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
具体地，例如在时域进行计算时，在第i次迭代中，可以根据上面的目标函数判断基系数(向量)的2-范数的平方
Figure BDA0003018154950000091
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。
本申请所提供的滤波器设计方法，利用声场基得到剩余噪声对应的多阶模态，对误差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，得到降噪效果更佳的滤波器。
示例性装置
图6所示为本申请一实施例所提供的滤波器设计装置600的示意图。如图6所示，滤波器设计装置600包括参考麦克风610、误差麦克风620以及计算模块630。
其中，参考麦克风610，用于采集原始噪声信号；误差麦克风620，用于采集剩余噪声信号，其中，剩余噪声信号是传递至误差麦克风620所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，降噪信号是根据原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；计算模块630，用于根据所述剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
具体地，当计算模块630判断剩余噪声信号未达到预设的最优条件时，可以对初始滤波器系数进行调整，并采用调整后的滤波器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后，误差麦克风能够采集到更新后的剩余噪声信号。当计算模块630判断更新后的剩余噪声信号依然未达到预设的最优条件时，可以再次对滤波器系数进行调整，获得再次更新后的剩余噪声信号。重复上述步骤，直至剩余噪声信号满足预设的最优条件时即可停止调整，并将当前滤波器系数(即最后一次调整后的滤波器系数)确定为最终的滤波器系数。
在一实施例中，可以通过判断剩余噪声信号的能量是否达到最小值来判断剩余噪声信号是否满足预设的最优条件。
在这里，反复调整滤波器系数并更新剩余噪声信号的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。
本申请所提供的滤波器设计装置，通过在滤波器设计阶段分别采集原始噪声和降噪后的剩余噪声，并根据采集到的原始噪声和降噪后的剩余噪声对主动降噪滤波器系数进行计算和优化，从而大幅度提升了前馈ANC耳机的降噪效果。
在另一实施例中，可以利用声场基和基系数表达剩余噪声信号，并通过关注剩余噪声信号对应的基系数是否达到期望值来判断是否停止调整滤波器。
具体地，在本实施例中，计算模块630用于：基于误差麦克风620所在空间点对应的声场基及剩余噪声信号，确定该空间点的初始基系数；根据初始基系数，确定最终的滤波器系数。
其中，误差麦克风620所在空间点的声场基向量可以是预先根据波动方程和耳机-耳道声场边界条件确定的。其中，声场基向量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。
在一实施例中，计算模块630根据初始基系数确定最终的滤波器系数的过程具体包括以下步骤：
根据初始基系数，对初始滤波器系数进行调整；
a.基于原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号；
b.基于声场基及更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数；
c.当更新后的基系数不满足预设最优条件时，对调整后的滤波器系数进行调整；
迭代执行步骤a、b、c，直至更新后的基系数满足预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
具体地，可以通过设置目标函数来判断基系数是否满足预设最优条件。例如，令目标函数：
Figure BDA0003018154950000101
其中，
Figure BDA0003018154950000102
为误差麦克风620所在空间点的基系数向量，T为对
Figure BDA0003018154950000103
进行转置运算，E表示期望。
或者，在另一实施例中，也可以在时域中进行计算，令目标函数：
Figure BDA0003018154950000111
其中，
Figure BDA0003018154950000112
为对
Figure BDA0003018154950000113
进行傅里叶逆变换所得到的时域表达形式。
当使目标函数J最优，即通过声场基系数描述的入耳噪声的能量最小化时，确定相对应的滤波器系数为最终的滤波器系数。
在这里，计算模块630的上述操作可以采用自适应算法，例如LMS(Least MeanSquare，最小均方)算法来实现。具体地，在一实施例中，计算模块630可以执行以下步骤：
在第i次迭代执行步骤a、b、c后，得到经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数；
根据经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数，判断经i次更新后的基系数是否达到最小值；
当确定经i次更新后的基系数达到最小值时，确定当前调整后的滤波器系数为最终的滤波器系数。
具体地，例如在时域进行计算时，在第i次迭代中，计算模块630可以根据上面的目标函数判断基系数(向量)的2-范数的平方
Figure BDA0003018154950000114
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。
本申请所提供的滤波器设计装置，利用声场基得到剩余噪声对应的多阶模态，对误差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，得到降噪效果更佳的滤波器。
应当理解，上述实施例所提供的滤波器设计装置600中各模块的原理、功能及技术效果可以参考示例性方法中的相应内容，在此不再一一赘述。
示例性设备
本申请一实施例还提供一种入耳式主动降噪耳机，该入耳式主动降噪耳机包括滤波器，该滤波器根据如上述任一实施例所提供的滤波器设计方法设计而成。
图7为本申请一实施例所提供的计算机设备的示意图。如图7所示，该计算机设备包括：处理器710；存储器720，存储器720包括存储在其上的计算机指令，计算机指令在被处理器710执行时，使得处理器710执行如上述任一实施例所提供的滤波器设计方法。
示例性计算机可读存储介质
本申请的其他实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的滤波器设计方法。可以理解，该计算机存储介质可以为任何有形媒介，例如：软盘、CD-ROM、DVD、硬盘驱动器或网络介质等。
本申请中涉及的装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配制。本领域技术人员可以理解，这些装置、设备、系统可以按任意方式进行连接、布置、配制。诸如“包含”、“包括”、“具有”等等的词语是开放性词汇，至“包括但不限于”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各模块或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请并不意图被限制到上述方面，而是按照与在此公开的原理及新颖的特征一致的最宽范围。
以上说明是为了对本申请的技术方案进行例示和描述。此外，此描述并不意图将本申请的实施例限制在上述公开的形式范围之内。尽管上述内容中已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员可以基于上述内容轻易得到其他变型、修改、改变、添加和子组合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滤波器设计方法，其特征在于，包括：
通过误差麦克风采集剩余噪声信号，其中，所述剩余噪声信号是传递至所述误差麦克风所在空间点的原始噪声信号与降噪信号之间的误差，所述降噪信号是根据所述原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；
根据所述剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
2.根据权利要求1所述的滤波器设计方法，其特征在于，根据所述剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数，包括：
基于所述误差麦克风所在空间点对应的声场基及所述剩余噪声信号，确定所述空间点的初始基系数；
根据所述初始基系数，确定所述最终的滤波器系数。
3.根据权利要求2所述的滤波器设计方法，其特征在于，根据所述初始基系数，确定所述最终的滤波器系数，包括：
根据所述初始基系数，对所述初始滤波器系数进行调整；
a.基于所述原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号；
b.基于所述声场基及所述更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数；
c.当所述更新后的基系数不满足预设最优条件时，对所述调整后的滤波器系数进行调整；
迭代执行步骤a、b、c，直至所述更新后的基系数满足所述预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为所述最终的滤波器系数。
4.根据权利要求3所述的滤波器设计方法，其特征在于，迭代执行步骤a、b、c，直至所述更新后的基系数满足所述预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为所述最终的滤波器系数，包括：
在第i次迭代执行步骤a、b、c后，得到经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数；
根据所述经1次更新后的基系数、经2次更新后的基系数、…、经i-1次更新后的基系数以及经i次更新后的基系数，判断所述经i次更新后的基系数是否达到最小值；
当确定所述经i次更新后的基系数达到最小值时，确定当前调整后的滤波器系数为所述最终的滤波器系数。
5.一种滤波器设计装置，其特征在于，包括：
参考麦克风，用于采集原始噪声信号；
误差麦克风，用于采集剩余噪声信号，其中，所述剩余噪声信号是传递至所述误差麦克风所在空间点的所述原始噪声信号与降噪信号之间的误差，所述降噪信号是根据所述原始噪声信号及初始滤波器系数确定的；
计算模块，用于根据所述剩余噪声信号，确定最终的滤波器系数。
6.根据权利要求5所述的滤波器设计装置，其特征在于，所述计算模块用于：
基于所述误差麦克风所在空间点对应的声场基及所述剩余噪声信号，确定所述空间点的初始基系数；
根据所述初始基系数，确定所述最终的滤波器系数。
7.根据权利要求6所述的滤波器设计装置，其特征在于，所述计算模块用于：
根据所述初始基系数，对所述初始滤波器系数进行调整；
a.基于所述原始噪声信号及调整后的滤波器系数，确定更新后的剩余噪声信号；
b.基于所述声场基及所述更新后的剩余噪声信号，确定更新后的基系数；
c.当所述更新后的基系数不满足预设最优条件时，对所述调整后的滤波器系数进行调整；
迭代执行步骤a、b、c，直至所述更新后的基系数满足所述预设最优条件，确定当前调整后的滤波器系数为所述最终的滤波器系数。
8.一种入耳式主动降噪耳机，其特征在于，包括：
滤波器，所述滤波器通过权利要求1-4中任一项所述的滤波器设计方法设计而成。
9.一种计算机设备，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1-4中任一项所述的滤波器设计方法。
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1-4中任一项所述的滤波器设计方法。
CN202110394875.4A 2021-04-13 2021-04-13 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机 Active CN113132848B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110394875.4A CN113132848B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110394875.4A CN113132848B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113132848A true CN113132848A (zh) 2021-07-16
CN113132848B CN113132848B (zh) 2024-08-09

Family

ID=76776673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110394875.4A Active CN113132848B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113132848B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114040285A (zh) * 2021-09-26 2022-02-11 北京小米移动软件有限公司 耳机的前馈滤波器参数生成方法、设备、耳机及存储介质
WO2024113810A1 (zh) * 2022-11-28 2024-06-06 华为技术有限公司 降噪方法、耳机、装置、存储介质及计算机程序产品

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120170766A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Cambridge Silicon Radio Limited ANC For BT Headphones
JP2012155242A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Clarion Co Ltd 能動型騒音制御システム、及び能動型騒音制御ユニット
US20160196819A1 (en) * 2013-07-28 2016-07-07 Lightspeed Aviation, Inc. System and method for adaptive active noise reduction
CN106210986A (zh) * 2010-02-25 2016-12-07 哈曼贝克自动系统股份有限公司 主动降噪系统
CN108900943A (zh) * 2018-07-24 2018-11-27 四川长虹电器股份有限公司 一种场景自适应主动降噪方法及耳机
US20190103090A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Gradual reset of filter coefficients in an adaptive noise cancellation system
CN109741727A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 哈尔滨工业大学（深圳） 基于有源噪声控制算法的主动降噪耳机、降噪方法及存储介质
WO2019210605A1 (zh) * 2018-05-04 2019-11-07 歌尔科技有限公司 一种降噪处理方法、装置和耳机
CN110996209A (zh) * 2019-12-13 2020-04-10 恒玄科技(上海)股份有限公司 主动降噪方法、系统以及耳机
CN111091805A (zh) * 2019-11-15 2020-05-01 佳禾智能科技股份有限公司 一种基于神经网络的反馈式降噪方法
CN111800688A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 深圳市豪恩声学股份有限公司 一种主动降噪方法、装置、电子设备及存储介质
CN111800687A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 深圳市豪恩声学股份有限公司 一种主动降噪方法、装置、电子设备及存储介质
CN111883095A (zh) * 2020-04-27 2020-11-03 珠海市杰理科技股份有限公司 主动降噪方法、装置、系统以及相关设备
CN111935589A (zh) * 2020-09-28 2020-11-13 深圳市汇顶科技股份有限公司 主动降噪的方法、装置、电子设备和芯片
CN112562624A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 深圳百灵声学有限公司 主动降噪滤波器设计方法、降噪方法、系统及电子设备
CN112562626A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 深圳百灵声学有限公司 混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106210986A (zh) * 2010-02-25 2016-12-07 哈曼贝克自动系统股份有限公司 主动降噪系统
US20120170766A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Cambridge Silicon Radio Limited ANC For BT Headphones
JP2012155242A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Clarion Co Ltd 能動型騒音制御システム、及び能動型騒音制御ユニット
US20160196819A1 (en) * 2013-07-28 2016-07-07 Lightspeed Aviation, Inc. System and method for adaptive active noise reduction
US20190103090A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Gradual reset of filter coefficients in an adaptive noise cancellation system
WO2019210605A1 (zh) * 2018-05-04 2019-11-07 歌尔科技有限公司 一种降噪处理方法、装置和耳机
CN108900943A (zh) * 2018-07-24 2018-11-27 四川长虹电器股份有限公司 一种场景自适应主动降噪方法及耳机
CN109741727A (zh) * 2019-01-07 2019-05-10 哈尔滨工业大学（深圳） 基于有源噪声控制算法的主动降噪耳机、降噪方法及存储介质
CN111091805A (zh) * 2019-11-15 2020-05-01 佳禾智能科技股份有限公司 一种基于神经网络的反馈式降噪方法
CN110996209A (zh) * 2019-12-13 2020-04-10 恒玄科技(上海)股份有限公司 主动降噪方法、系统以及耳机
CN111800688A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 深圳市豪恩声学股份有限公司 一种主动降噪方法、装置、电子设备及存储介质
CN111800687A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 深圳市豪恩声学股份有限公司 一种主动降噪方法、装置、电子设备及存储介质
CN111883095A (zh) * 2020-04-27 2020-11-03 珠海市杰理科技股份有限公司 主动降噪方法、装置、系统以及相关设备
CN111935589A (zh) * 2020-09-28 2020-11-13 深圳市汇顶科技股份有限公司 主动降噪的方法、装置、电子设备和芯片
CN112562624A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 深圳百灵声学有限公司 主动降噪滤波器设计方法、降噪方法、系统及电子设备
CN112562626A (zh) * 2020-11-30 2021-03-26 深圳百灵声学有限公司 混合降噪滤波器的设计方法、降噪方法、系统及电子设备

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEONG-PIL MOON: "a feedback anc based voice enhancing earmuffs system", 《2013 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONSUMER ELECTRONICS》, 28 March 2013 (2013-03-28) *
孙韵卓: "主动噪声前馈控制系统研究", 《中国优秀硕士论文全文数据库工程科技II辑》, 15 January 2019 (2019-01-15) *
郭建锋: "一种实用的数字有源降噪耳机设计方法", 《网络新媒体技术》, 25 March 2020 (2020-03-25) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114040285A (zh) * 2021-09-26 2022-02-11 北京小米移动软件有限公司 耳机的前馈滤波器参数生成方法、设备、耳机及存储介质
CN114040285B (zh) * 2021-09-26 2024-02-06 北京小米移动软件有限公司 耳机的前馈滤波器参数生成方法、设备、耳机及存储介质
WO2024113810A1 (zh) * 2022-11-28 2024-06-06 华为技术有限公司 降噪方法、耳机、装置、存储介质及计算机程序产品

Also Published As

Publication number Publication date
CN113132848B (zh) 2024-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7028238B2 (ja) 信号処理装置および方法、並びにプログラム
US8447045B1 (en) Multi-microphone active noise cancellation system
US8611552B1 (en) Direction-aware active noise cancellation system
CN110996203B (zh) 一种耳机降噪方法、装置、系统及无线耳机
US11134348B2 (en) Method of operating a hearing aid system and a hearing aid system
CN110402540B (zh) 主动降噪方法、装置、芯片、主动控制系统和存储介质
US10425745B1 (en) Adaptive binaural beamforming with preservation of spatial cues in hearing assistance devices
EP3935866A1 (en) Placement of multiple feedforward microphones in an active noise reduction (anr) system
CN113409755B (zh) 主动降噪方法、装置及主动降噪耳机
CN113132848B (zh) 滤波器设计方法、装置以及入耳式主动降噪耳机
CN113421540B (zh) 主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机
CN113299265B (zh) 主动降噪方法、装置及主动降噪耳机
WO2020180961A1 (en) Active noise reduction (anr) system with multiple feedforward microphones and multiple controllers
CN113115157B (zh) 耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机
CN113299262A (zh) 主动降噪方法、装置、耳机、可读存储介质及电子设备
CN103929704B (zh) 一种基于变换域的自适应声反馈消除的方法和系统
EP3486896A1 (en) Noise cancellation filter structure, noise cancellation system and signal processing method
CN113299261A (zh) 主动降噪方法、装置、耳机、电子设备及可读存储介质
CN113132847B (zh) 主动降噪耳机的降噪参数确定方法及装置、主动降噪方法
KR20220043171A (ko) 귓속형 마이크로폰 어레이들을 위한 부분적인 hrtf 보상 또는 예측
CN113132846B (zh) 耳机的主动降噪方法及装置、半入耳式主动降噪耳机
Hashemgeloogerdi et al. Inherently stable weighted least-squares estimation of common acoustical poles with the application in feedback path modeling utilizing a Kautz filter
CN111785243B (zh) 一种耳机有源降噪方法及系统
CN114402629A (zh) 头部相关传递函数自适应方法和系统
CN111683322A (zh) 前馈降噪耳机及降噪方法、系统、设备、计算机存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant