CN113299263A - 声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机 - Google Patents

声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机。本申请基于与环境噪声无相关性的待播放信号，根据初始次级路径估计参数获得次级路径估计信号，然后根据次级路径估计信号和误差麦克风的采集信号获得次级路径的估计误差以确定次级路径估计参数。本申请能够在线计算，实时地求解次级路径估计参数，从而更准确地指导降噪滤波器的参数适应，实现耳机更好的主动降噪效果。

Description

声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机
技术领域
本申请涉及音频信号处理技术领域，具体而言涉及一种声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机。
背景技术
近年来，主动降噪耳机以其噪声控制、保护听力等特点，越来越受到耳机用户的青睐。
设计主动降噪耳机的核心之一是对降噪滤波器的设计。而降噪滤波器的参数设计与主动降噪耳机中的声学路径紧密关联，即滤波参数的最优设计需要依赖于对声信号在耳机空间内传播的相关传递函数的精确估计。
现阶段主动降噪耳机的设计方案通常采用“离线计算”方式，在耳机出厂前标定各声学路径进而标定滤波参数。然而，在用户买到耳机进行实际使用时，由于主动降噪硬件的装配一致性等原因，不同耳机实际的声学路径与离线标定的相比可能发生“偏移”，若对批量耳机基于相同声学路径标定滤波参数进行主动降噪将导致降噪效果不佳甚至完全无法降噪等后果。
发明内容
本申请针对现有技术的不足，提供一种声学路径确定方法、装置、可读存储介质及主动降噪耳机，以期通过在线计算的方式，实时地对耳机声学路径中的次级路径进行求解，从而用于更准确地指导降噪滤波器的参数适应。本申请具体采用如下技术方案。
首先，为实现上述目的，提出一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法，其包括：基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
可选的，如上任一项所述的方法，基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：基于所述次级路径估计误差信号，对所述初始次级路径估计参数进行调整；a基于所述待播放信号和调整后的次级路径估计参数，得到更新后的次级路径估计信号；b根据所述误差麦克风的采集信号和更新后的次级路径估计信号，得到更新后的次级路径估计误差信号；c当所述更新后的次级路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对所述调整后的次级路径估计参数进行调整；迭代执行步骤a、b、c，直至所述期望功率达到最小值，确定当前调整后的次级路径估计参数为所述次级路径估计参数。
可选的，如上任一项所述的方法，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：根据所述待播放信号与前馈降噪信号的第一叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：基于所述次级路径估计误差信号和所述第一叠加信号，确定次级路径估计参数。
可选的，如上任一项所述的方法，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：根据所述待播放信号与反馈降噪信号的第二叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：基于所述次级路径估计误差信号和所述第二叠加信号，确定次级路径估计参数。
可选的，如上任一项所述的方法，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：根据所述待播放信号、前馈降噪信号及反馈降噪信号的第三叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：基于所述次级路径估计误差信号和所述第三叠加信号，确定次级路径估计参数。
可选的，如上任一项所述的方法，所述待播放信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
同时，为实现上述目的，本申请还提供一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，其包括：第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；第二处理模块，用于根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；参数确定模块，用于基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
此外，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其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以上任意一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
同时，本申请还提供一种电子设备，其包括：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上述任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
本申请为实现上述目的，还提供有一种主动降噪耳机，其包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于执行以上任一项所述的方法，并基于确定的次级路径估计参数确定耳机降噪参数。
有益效果
本申请基于与环境噪声无相关性的待播放信号，根据初始次级路径估计参数获得次级路径估计信号，然后根据次级路径估计信号和误差麦克风的采集信号获得次级路径的估计误差以确定次级路径估计参数。本申请能够在线计算，实时地求解次级路径估计参数，从而更准确地指导降噪滤波器的参数适应，实现耳机更好的主动降噪效果。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。
附图说明
附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：
图1是本申请方法确定耳机中次级路径的步骤流程图；
图2是本申请主动降噪耳机系统的基础框架示意图；
图3是图2中主动降噪耳机系统对应的信号处理基础框图；
图4是图3所示信号处理基础框图的一种实施方式的框图；
图5是图3所示信号处理基础框图的另一种实施方式的框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
承上述，降噪滤波器的参数设计与主动降噪耳机中的声学路径紧密关联。对于一个主动降噪耳机，决定其滤波参数最关键的声学路径有两个：初级路径和次级路径。其中，所谓初级路径，指用于拾取耳外原始噪声的参考麦克风与目标降噪区域(即耳道，近似为用于拾取耳内剩余噪声的误差麦克风所在位置)之间空间的声波传递路径，“初级”表示环境噪声源作为主动降噪系统的初级声源；而所谓次级路径，指耳机扬声器与上述目标降噪区域之间空间的声波传递路径，“次级”表示耳机扬声器作为主动降噪系统的次级声源。
图1为根据本申请的一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法的步骤流程图，其按照以下的步骤确定次级路径估计参数，也即扬声器输出的不同频率的信号经上述次级路径进入耳道而发生的幅值和相位的变化量：
首先，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
然后，根据误差麦克风的采集信号和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；
最终，基于次级路径估计误差信号和待播放信号，按照以下步骤流程对次级路径估计参数逐步进行调整而获得匹配于该主动降噪耳机的准确参数：在每一步迭代过程中，
基于次级路径估计误差信号，对初始次级路径估计参数进行调整；
a.基于待播放信号和调整后的次级路径估计参数，得到更新后的次级路径估计信号；
b.根据误差麦克风的采集信号和更新后的次级路径估计信号，得到更新后的次级路径估计误差信号；以及
c.当更新后的次级路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对调整后的次级路径估计参数进行再一步调整。
对于连续的多步迭代过程，重复执行上述步骤a至c，直至某一步更新后的次级路径估计误差信号的期望功率达到最小值，此时，确定当前调整后的次级路径估计参数为最终的次级路径估计参数。
由此，应用上述方式计算声学路径的主动降噪耳机可以实现对其次级路径的在线计算，实时地求解获得次级路径估计参数。基于所获得的次级路径参数，应用本申请方法的主动降噪耳机可以更为准确地指导其降噪滤波器的参数适应，实现该耳机更好的主动降噪效果。
需要说明的是，本申请方法使用与环境噪声无相关性(即与耳外原始噪声不相关，则与耳内剩余噪声、降噪信号亦不相关)的待播放信号对次级路径参数进行实时计算，基于待播放信号与各噪声信号的独立性，避免了在计算次级路径参数的同时对主动降噪系统本身计算降噪信号产生干扰或冲突，系统稳定、鲁棒性强。
本申请方法具体可应用于图2-3所示的具有双麦克风的含前馈降噪的主动降噪耳机，该耳机布置参考麦克风ref Mic和误差麦克风err Mic，以及前馈控制器(降噪滤波器Wff)。其中，P为前述初级路径的传递函数，G为次级路径的传递函数，
Figure BDA0003078559650000071
为估计的次级路径的传递函数(即次级路径估计参数)；x(n)为与环境噪声无相关性的待播放信号，d(n)为参考麦克风采集到的原始噪声信号，y(n)为基于原始噪声信号而计算的前馈降噪信号，e(n)为误差麦克风采集到的剩余噪声信号，e'(n)为次级路径估计误差信号。
本申请方法还可进一步应用于如图4-5所示的含前馈与反馈的混合降噪的主动降噪耳机，该耳机布置参考麦克风和误差麦克风，以及前馈控制器(降噪滤波器Wff)和反馈控制器(降噪滤波器Wfb)。其中，b(n)为基于剩余噪声信号而计算的反馈降噪信号；LMS代表最小均方自适应算法(Least Mean Square)。其余与图3中相同的符号不再重复介绍。
对于图4，上述基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算次级路径估计参数的具体步骤可通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)与反馈降噪信号b(n)的叠加信号x(n)+b(n)和初始次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000072
得到次级路径估计信号；
然后，根据误差麦克风的采集信号e(n)和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号e'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于次级路径估计误差信号e'(n)和叠加信号x(n)+b(n)，确定最终的次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000073
对于图5，上述基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算次级路径估计参数的具体步骤则通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)、前馈降噪信号y(n)及反馈降噪信号b(n)的叠加信号x(n)+y(n)+b(n)和初始次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000081
得到次级路径估计信号；
然后，根据误差麦克风的采集信号e(n)和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号e'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于次级路径估计误差信号e'(n)和叠加信号x(n)+y(n)+b(n)，确定最终的次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000082
在图5的基础上，其它一些实施例中，上述基于与环境噪声无相关性的待播放信号计算次级路径估计参数的具体步骤还可通过如下方式实现：
首先，根据待播放信号x(n)与前馈降噪信号y(n)的叠加信号x(n)+y(n)和初始次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000083
得到次级路径估计信号；
然后，根据误差麦克风的采集信号e(n)和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号e'(n)；
最后，采用与前述实施例相对应的步骤：基于次级路径估计误差信号e'(n)和叠加信号x(n)+y(n)，确定最终的次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000084
此过程中，反馈降噪信号b(n)断路，也即本申请方法可以在仅有前馈降噪参与下完成次级路径估计参数的在线计算。待最终确定次级路径估计参数
Figure BDA0003078559650000085
后，耳机再开启反馈降噪，进入混合降噪模式。
需要说明的是，在图3-5中，待播放信号x(n)例如可以为媒体音频信号或通话语音信号，二者均可视为与环境噪声无相关性，因此本申请方法支持在用户正常听音乐、看视频或者打电话时即可实现次级路径估计参数的实时计算，实施便利，系统设计简单、成本低，运算开销小。
本申请实施例还提供一种主动降噪耳机，该主动降噪耳机包括：处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器。其中，处理器用于执行如上述任一实施例所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定方法，并基于确定的次级路径估计参数确定耳机降噪参数。
基于在线计算的次级路径估计参数设计耳机降噪参数进行主动降噪，此时该主动降噪耳机的降噪效果最优，解决了对批量耳机离线标定耳机降噪参数而导致的降噪效果不佳等产品缺陷。
上述声学路径的确定过程可通过设置在主动降噪耳机中的功能模块实现。对此，本申请实施例提供一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，包括：
第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
第二处理模块，用于根据误差麦克风的采集信号和次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；
参数确定模块，用于基于次级路径估计误差信号和待播放信号，确定次级路径估计参数。
基于本申请所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定装置，能够实现对该耳机次级路径的在线计算，实时地求解次级路径估计参数。基于确定的次级路径参数，应用本申请装置的主动降噪耳机能够更为准确地指导其降噪滤波器的参数适应，从而实现该耳机更好的主动降噪效果。
同时，本申请装置使用与环境噪声无相关性的待播放信号对次级路径参数进行实时计算，基于待播放信号与各噪声信号的独立性，避免了在计算次级路径参数的同时对主动降噪系统本身计算降噪信号产生干扰或冲突，系统稳定、鲁棒性强。
应当理解，上述实施例所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定装置中各模块的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。
另一方面，本申请的其他实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。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。
再一方面，本申请的其他实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括：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，使得处理器执行如上述任一实施例所提供的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动降噪耳机中声学路径的确定方法，其特征在于，包括：
基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；
基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：
基于所述次级路径估计误差信号，对所述初始次级路径估计参数进行调整；
基于所述待播放信号和调整后的次级路径估计参数，得到更新后的次级路径估计信号；
根据所述误差麦克风的采集信号和更新后的次级路径估计信号，得到更新后的次级路径估计误差信号；
c．当所述更新后的次级路径估计误差信号的期望功率未达到最小值时，对所述调整后的次级路径估计参数进行调整；
迭代执行步骤a、b、c，直至所述期望功率达到最小值，确定当前调整后的次级路径估计参数为所述次级路径估计参数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号与前馈降噪信号的第一叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：
基于所述次级路径估计误差信号和所述第一叠加信号，确定次级路径估计参数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号与反馈降噪信号的第二叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：
基于所述次级路径估计误差信号和所述第二叠加信号，确定次级路径估计参数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号，包括：
根据所述待播放信号、前馈降噪信号及反馈降噪信号的第三叠加信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数，包括：
基于所述次级路径估计误差信号和所述第三叠加信号，确定次级路径估计参数。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述待播放信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
7.一种主动降噪耳机中声学路径的确定装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于基于与环境噪声无相关性的待播放信号和初始次级路径估计参数，得到次级路径估计信号；
第二处理模块，用于根据误差麦克风的采集信号和所述次级路径估计信号，得到次级路径估计误差信号；
参数确定模块，用于基于所述次级路径估计误差信号和所述待播放信号，确定次级路径估计参数。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，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中任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
9.一种电子设备，其特征在于，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中任一项所述的主动降噪耳机中声学路径的确定方法。
10.一种主动降噪耳机，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法，并基于确定的次级路径估计参数确定耳机降噪参数。
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