CN113409754A - 主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机 - Google Patents

主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机。该主动降噪方法包括：通过扬声器播放初始降噪信号和测试信号，初始降噪信号根据参考麦克风采集的前馈信号和初始降噪系数确定的，前馈信号包括环境噪声信号，测试信号与环境噪声信号不相关；通过误差麦克风采集反馈信号，反馈信号为传递至误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号以及测试信号的叠加信号；根据反馈信号和测试信号确定第一回波传递函数，第一回波传递函数为扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至误差麦克风的路径的传递函数；根据第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。本申请提供的主动降噪方式能够解决半入耳式耳机因佩戴一致性差而导致的降噪效果不理想的问题。

Description

主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机
技术领域
本申请涉及声学技术领域，具体涉及一种主动降噪方法、主动降噪装置、半入耳式主动降噪耳机以及计算机可读存储介质。
背景技术
相较于其它类型的耳机，半入耳式耳机具有使用卫生、佩戴舒适、无异物感及无听诊器效应等优点，因而颇受用户喜爱。
然而，半入耳式耳机与耳道之间的封闭性较差，无法有效地阻隔噪声。因此，用户在使用半入耳式耳机时，容易受到外界噪音的影响。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种主动降噪方法、主动降噪装置、半入耳式主动降噪耳机以及计算机可读存储介质，以使得半入耳式耳机具备优秀的降噪性能。
第一方面，提供一种主动降噪方法。该主动降噪方法包括：通过扬声器播放初始降噪信号和测试信号，所述初始降噪信号是根据参考麦克风采集的前馈信号和初始降噪系数确定的，所述前馈信号包括环境噪声信号，所述测试信号与所述环境噪声信号不相关；通过误差麦克风采集反馈信号，所述反馈信号为传递至所述误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号以及测试信号的叠加信号；根据所述反馈信号和所述测试信号确定第一回波传递函数，其中，所述第一回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述误差麦克风的路径的传递函数；根据所述第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
结合第一方面，在一些实施例中，根据所述反馈信号和所述测试信号确定第一回波传递函数，包括：a.根据所述反馈信号、所述测试信号和第一预估传递函数，确定第一误差信号；b.当所述第一误差信号的期望功率未达到最小值时，根据所述第一误差信号和所述测试信号，对所述第一预估传递函数进行调整；迭代执行步骤a和b，直至所述第一误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第一预估传递函数为所述第一回波传递函数。
结合第一方面，在一些实施例中，该主动降噪方法还包括：根据所述前馈信号和所述扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数，其中，所述第二回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述参考麦克风的路径的传递函数；根据所述第二回波传递函数和所述扬声器的播放信号，从所述前馈信号中消除传递至所述参考麦克风处的播放信号，以得到所述前馈信号中的所述环境噪声信号；以及根据所述最终的降噪系数和所述前馈信号中的所述环境噪声信号，确定最终的降噪信号。
结合第一方面，在一些实施例中，根据所述前馈信号和所述扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数，包括：a.根据所述前馈信号、所述扬声器的播放信号以及第二预估传递函数，确定第二误差信号；b.当所述第二误差信号的期望功率未达到最小值时，根据所述第二误差信号和所述扬声器的播放信号，对所述第二预估传递函数进行调整；迭代执行步骤a和b，直至所述第二误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第二预估传递函数为所述第二回波传递函数。
结合第一方面，在一些实施例中，该主动降噪方法还包括：判断所述反馈信号的功率是否保持收敛；当确定所述反馈信号的功率由收敛变为发散时，重新确定所述第一回波传递函数和所述第二回波传递函数。
结合第一方面，在一些实施例中，所述测试信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
结合第一方面，在一些实施例中，该主动降噪方法还包括：根据所述第一回波传递函数，确定与所述测试信号对应的音质均衡系数。
第二方面，提供一种主动降噪装置。该主动降噪装置包括：主动降噪模块，用于根据初始降噪系数和参考麦克风采集的前馈信号确定初始降噪信号，并驱动扬声器播放所述初始降噪信号，其中，所述前馈信号包括环境噪声信号；第一确定模块，用于根据误差麦克风采集的反馈信号和所述扬声器播放的测试信号确定第一回波传递函数，其中，所述测试信号与所述环境噪声信号不相关，所述反馈信号为传递至所述误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号和测试信号的叠加信号，所述第一回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述误差麦克风的路径的传递函数；第二确定模块，用于根据所述第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
第三方面，提供一种半入耳式主动降噪耳机。该半入耳式主动降噪耳机包括如第二方面所述的主动降噪装置。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质。该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如第一方面所述的主动降噪方法。
本申请实施例提供的主动降噪方式，通过确定第一回波传递函数，并根据第一回波传递函数调整滤波器的降噪系数，从而消除耳内回声对降噪效果的影响，解决了半入耳式耳机因佩戴一致性差而导致的降噪效果不理想的问题，提高半入耳式耳机的降噪效果。
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所示为一种示例性的主动降噪系统的示意图。
图2所示为本申请一实施例提供的主动降噪系统的示意图。
图3所示为本申请一实施例提供的主动降噪方法的流程示意图。
图4所示为本申请一实施例提供的确定第一回波传递函数的流程示意图。
图5所示为本申请另一实施例提供的主动降噪系统的示意图。
图6所示为本申请另一实施例提供的主动降噪方法的流程示意图。
图7所示为本申请一实施例提供的确定第二回波传递函数的流程示意图。
图8所示为本申请一实施例提供的主动降噪装置的结构示意图。
图9所示为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
相较于入耳式耳机和包耳式耳机，半入耳式耳机在使用时，耳机主体与用户的耳部之间无法形成有效的密封，存在声学泄露。因此，半入耳式耳机几乎无法实施被动降噪。
作为一种新兴的降噪手段，主动降噪技术在入耳式耳机和包耳式耳机上取得了不错的应用成果。然而，经实践研究发现，现有的主动降噪技术无法有效地应用于半入耳式耳机，实际降噪效果极差，存在诸多问题。
为了便于理解，下面结合附图，对现有的主动降噪技术存在的问题进行举例说明。
图1所示为一种示例性的主动降噪系统的示意图。
如图1所示，该主动降噪系统包括：参考麦克风110、滤波器120、扬声器130和误差麦克风140。
虚线用于表示除电路外的声信号的传播路径，例如，参考麦克风110到误差麦克风140之间的空间形成的初级路径，以及扬声器130本身与扬声器130到误差麦克风140之间的空间共同构成的次级路径。
x(z)表示参考麦克风110处的环境噪声信号。P(z)表示初级路径的传递函数。G(z)表示次级路径的传递函数。
在现有的主动降噪技术中，通常采用离线设计的方式，基于初级路径传递函数P(z)和次级路径传递函数G(z)来确定滤波器的降噪系数W(z)。下面结合图1，对其设计理论进行论述。
为实现有效降噪，需要误差麦克风140处的剩余噪声信号趋近于零，因此，需有：
e(z)＝x(z)·W(z)·G(z)+x(z)·P(z)→0(1)
由此可得：
Figure BDA0003180748970000041
其中，z为频率，e(z)表示误差麦克风140处的剩余噪声信号，x(z)表示参考麦克风110采集到的环境噪声信号，P(z)表示初级路径传递函数，G(z)表示次级路径传递函数，W(z)表示滤波器120的降噪系数。
理论上，基于这种方法确定的降噪系数能够实现良好的降噪效果。
具体而言，再次参考图1，环境噪声x(z)经初级路径传递至误差麦克风140所在空间点后，形成噪声信号x(z)·P(z)。与此同时，滤波器120根据参考麦克风110采集的环境噪声x(z)和滤波器系数W(z)计算得到降噪信号x(z)·W(z)。该降噪信号x(z)·W(z)经次级路径传递至误差麦克风140所在空间点，形成降噪信号x(z)·W(z)·G(z)。由于滤波器120的降噪系数为
Figure BDA0003180748970000051
因此，在误差麦克风140所在空间点处，降噪信号x(z)·W(z)·G(z)能够有效地抵消噪声信号x(z)·P(z)，从而实现较佳的降噪效果。
然而，这种降噪系数的离线设计方法是针对入耳式耳机设计的，其有效性的前提是扬声器输出的降噪信号能够以直达声的形式全部灌入用户的耳道，即需要耳机与用户的耳部形成有效的封闭。
由于半入耳式耳机封闭性差，扬声器输出的降噪信号并不能全部以直达声的形式进入用户的耳道，其中一部分降噪信号会通过间隙泄露并经用户耳廓反射后到再次进入耳道。这部分经耳廓反射后进入耳道的降噪信号，不仅无法有效地抵消环境噪声信号，而且会被误差麦克风拾取，从而对主动降噪系统的有效运行造成干扰。
更为糟糕的是，由于不同用户的耳部形状不同、同一用户在不同时刻的佩戴位置不同，降噪信号经用户的耳廓反射回耳道所经过的路径的声学特性因人而异、因时而异。这进一步加大了将主动降噪技术应用于半入耳式耳机的难度。
为了解决上述问题，本申请对现有的主动降噪技术进行了改进。
下面参照附图详细地描述本申请的实施例。应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现，而不应该被解释为限于这里阐述的实施例。
图2所示为本申请一实施例提供的主动降噪系统的示意图。
如图2所示，该主动降噪系统除包括参考麦克风210、滤波器220、扬声器230和误差麦克风240外，还包括第一回波路径模拟单元250、第一加法器260、第一自适应单元270。
虚线用于表示除电路外的声信号的传播路径，例如，参考麦克风210到误差麦克风240之间的空间形成的初级路径，扬声器230本身与扬声器230到误差麦克风240之间的空间共同构成的次级路径，以及扬声器230的播放信号经用户的耳廓反射至误差麦克风240的路径(下称第一回波路径)。
x(z)表示参考麦克风210处的环境噪声信号。y(z)表示与环境噪声信号不相关的测试信号。P(z)表示初级路径的传递函数。G(z)表示次级路径的传递函数。H1(z)表示第一回波路径的传递函数(下称第一回波传递函数)。
应当理解，在该主动降噪系统中，滤波器220、第一回波路径模拟单元250、第一加法器260和第一自适应单元270可以是逻辑单元、物理单元或者逻辑和物理单元二者的组合。这里，物理单元是指由硬件构成的实体单元，逻辑单元是指由计算机可执行程序构成的虚拟单元。
图3所示为本申请一实施例提供的主动降噪方法的流程示意图。
如图3所示，该主动降噪方法可以包括步骤S110～S140。该主动降噪方法例如可以由图2所示的主动降噪系统来实现。
下面，结合图2和图3，对该主动降噪方法进行详细描述。
在步骤S110中，通过扬声器播放初始降噪信号和测试信号。
示例性地，扬声器230可以输出播放信号，播放信号可以包括初始降噪信号和测试信号。初始降噪信号可以根据前馈信号(即参考麦克风210采集到的信号)和滤波器220的初始降噪系数(即待调整的降噪系数)来确定。
具体地，滤波器220可以基于前馈信号和初始降噪系数，计算得到对应的初始降噪信号，然后，扬声器230可以播放该初始降噪信号。
这里，测试信号是与环境噪声信号不相关的音频信号。在某些实施例中，测试信号可以是专门用于确定第一回波传递函数所播放的音频信号。在某些实施例中，测试信号也可以是因用户的使用而产生的音频信号，例如，音乐、视频等多媒体音频信号，或者通话语音信号等。
将因用户的使用而产生的音频信号作为测试信号，可以在降噪系数的调整过程中，保证用户的正常使用。这样，便不需要再加入特殊的测试信号，使得用户在正常的使用过程中，例如打电话或听音乐的过程中，就能实现降噪系数的调整。
在步骤S120中，通过误差麦克风采集反馈信号。
反馈信号是指误差麦克风240采集到的信号，其为传递至误差麦克风240处的环境噪声信号、降噪信号以及测试信号的叠加信号。
在步骤S130中，根据反馈信号和测试信号确定第一回波传递函数。
示例性地，第一回波路径模拟单元250可以对第一回波路径进行模拟，得到预估的第一回波传递函数
Figure BDA0003180748970000071
(下称第一预估传递函数)。在某些实施例中，初始时，第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000072
可以是随机确定的。
第一自适应单元270可以根据测试信号y(z)和反馈信号来判断第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000073
是否达到最优。若第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000074
未达到最优，则对其进行调整，得到新的第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000075
并再次根据测试信号y(z)和反馈信号来判断新的第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000076
是否达到最优。重复上述步骤，直至第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000077
达到最优，并将达到最优时的第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000078
确定为第一回波传递函数。
以此方式，便可以实现第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000079
的迭代，使其不断逼近真实的因人而异、因时而异的第一回波传递函数H1(z)。
作为一种实现方式，可以根据测试信号y(z)、反馈信号以及第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000710
来确定第一误差信号e1(z)，并根据第一误差信号e1(z)来确定是否满足终止迭代条件。
下面，结合附图，对这一实现方式进行详细描述。
图4所示为本申请一实施例提供的确定第一回波传递函数的流程示意图。
在步骤S131中，根据反馈信号、测试信号和第一预估传递函数，确定第一误差信号。
示例性地，当第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000711
未达到最优时，第一自适应单元270可以对第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000712
进行调整。第一回波路径模拟单元250可以根据调整后的第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000713
调整滤波器220的降噪系数。滤波器220可以采用调整后的降噪系数来确定调整后的降噪信号。扬声器230可以播放调整后的降噪信号，以使得误差麦克风240采集到与调整后的降噪信号对应的调整后的反馈信号。
第一回波路径模拟单元250可以基于第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000081
模拟第一回波路径的影响，对测试信号y(z)进行处理，以得到第一估计信号
Figure BDA0003180748970000082
加法器260可以将反馈信号和处理后的测试信号
Figure BDA0003180748970000083
进行对比，得到二者之间的误差，即第一误差信号e1(z)。
在步骤S132中，判断当前的第一误差信号e1(z)的期望功率是否达到最小值。
示例性地，第一自适应单元270可以确定当前的第一误差信号e1(z)的期望能量(即第一误差信号e1(z)的能量)是否达到最小值。
若当前的第一误差信号e1(z)的期望功率未达到最小值，则执行步骤S133；若当前的第一误差信号e1(z)的期望功率达到最小值，则执行步骤S134。
在步骤S133中，对第一预估传递函数进行调整，并基于调整后的第一预估传递函数，再次执行步骤S131。
示例性地，若第一自适应单元270确定当前的第一误差信号e1(z)的期望功率未达到最小值，则再次根据测试信号y(z)和第一误差信号e1(z)对第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000084
进行调整，并再次确定第一误差信号e1(z)的期望功率达到最小值。重复这一过程，直至第一误差信号e1(z)的期望功率达到最小值。
在步骤S134中，将当前的第一预估传递函数确定为第一回波传递函数。
示例性地，若第一自适应单元270确定当前的第一误差信号e1(z)的期望功率已达到最小值，则终止迭代，并将第一误差信号e1(z)的期望功率达到最小值时的第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000085
确定为第一回波传递函数。
通过判断第一误差信号的期望功率是否达到最小值来确定第一预估传递函数是否达到最优，并将第一误差信号的期望功率达到最小值时的第一预估传递函数确定为第一回波传递函数，可以使得确定出的第一回波传递函数更加接近真实的第一回波传递函数。
在步骤S140中，根据第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
作为一种实现方式，滤波器220可以包括基础滤波器221和校正滤波器222，基础滤波器221的降噪系数可以通过离线设置的方式进行设置，校正滤波器222的系数可以根据确定的第一回波传递函数进行调整。
更为具体地，在某些实施例中，基础滤波器221的降噪系数W(z)可以被配置为
Figure BDA0003180748970000091
校正滤波器222的降噪系数可以被配置为
Figure BDA0003180748970000092
滤波器220的降噪系数
Figure BDA0003180748970000093
初始时，第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000094
可以为0，这样，初始时滤波器220的整体降噪系数为其基础降噪系数(离线标定的W(z))。在迭代过程中，随着第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000095
不断接近真实的第一回波函数H1(z)，滤波器220的降噪系数不断被调整。当第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000096
达到最优时，迭代停止，此时的第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000097
被确定为第一回波传递函数，相应地，滤波器220此时的降噪系数便被确定为最终的降噪系数。
应当理解，虽然在该实施例中，每次第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000098
更新后，都会更新滤波器220的降噪系数，使得滤波器220的降噪系数与第一预估传递函数
Figure BDA0003180748970000099
同步迭代至最优。但是，在本申请的其它实施例中，在第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000910
迭代过程中，滤波器220的降噪系数也可以是不变的(即以离线标定的降噪系数进行主动降噪)，可以在第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000911
达到最优时，再根据最优的第一预估传递函数
Figure BDA00031807489700000912
来调整滤波器220的降噪系数。
本申请实施例提供的主动降噪方式，通过确定第一回波传递函数，并根据第一回波传递函数调整滤波器的降噪系数，消除耳内回声对降噪效果的影响，解决了半入耳式耳机因佩戴一致性差而导致的降噪效果不理想的问题，提高半入耳式耳机的降噪效果。
此外，在本申请实施例提供的主动降噪方式中，无需等到最终降噪系数确定之后再开启降噪模式。在最终降噪系数确定之前，可以基于调整中的降噪系数进行降噪，这使得降噪系统的响应更加及时，耳机开机后用户自始享有降噪体验。
在一些实施例中，上述通过反复调整来确定第一回波传递函数的过程，可以采用自适应算法来实现。例如，可以采用LMS(Least Mean Square，最小均方)算法或NLMS(Normalized Least Mean Square，归一化的最小均方)算法。
半入耳式耳机封闭性差的问题，不会仅导致降噪信号经用户的耳廓反射后到达误差麦克风，还会导致扬声器的播放信号经用户的耳廓反射后到达参考麦克风。这种情况下，参考麦克风拾取到的信号将不再仅包含环境噪声信号，这也会影响主动降噪系统的降噪效果。
图5所示为本申请另一实施例提供的主动降噪系统的示意图。
如图5所示，该主动降噪系统与图2中的主动降噪系统大体相同。不同之处主要在于，相较于图2中的主动降噪系统，该主动降噪系统还包括：第二回波路径模拟单元280、第二加法器290以及第二自适应单元2100。
此外，在图5中，连接在参考麦克风210和扬声器230的输出侧的虚线用于表示扬声器230的播放信号经用户的耳廓反射后到达参考麦克风210的路径，下称第二回波路径。H2(z)用于表示第二回波路径的传递函数。
应当理解，在该实施例中，第二回波路径模拟单元280、加法器290和自适应单元2100可以是逻辑单元、物理单元或者逻辑和物理单元二者的组合。这里，物理单元是指由硬件构成的实体单元，逻辑单元是指由计算机可执行程序构成的虚拟单元。
图6所示为本申请另一实施例提供的主动降噪方法的流程示意图。该实施例提供的主动降噪方法例如可以由图5所示的主动降噪系统来实现。
下面结合图5和图6，对该主动降噪方法进行详细描述。
如图6所示，该主动降噪方法与图3中的主动降噪方法大体相同，不同之处主要在于，相较于图3中主动降噪方法，该主动降噪方法还包括步骤S150～S170。出于简洁的目的，相同之处不再赘述，这里仅对不同部分进行描述。
在步骤S150中，根据前馈信号和扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数。
示例性地，第二回波路径模拟单元280可以对第二回波路径进行模拟，得到预估的第二回波传递函数
Figure BDA0003180748970000101
(下称第二预估传递函数)。在某些实施例中，初始时，第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000102
可以是随机确定的。
第二自适应单元2100可以根据前馈信号和扬声器的播放信号来判断第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000111
是否达到最优。若第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000112
未达到最优，则对其进行调整，得到调整后的第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000113
并再次根据前馈信号和扬声器的播放信号来判断调整后的第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000114
是否达到最优。重复上述步骤，直至第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000115
达到最优，并将达到最优时的第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000116
确定为第二回波传递函数。
以此方式，便可以实现第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000117
的迭代，使其不断逼近真实的第二回波传递函数H2(z)。
作为一种实现方式，可以根据前馈信号、扬声器的播放信号以及第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000118
确定第二误差信号测试信号e2(z)，并根据第二误差信号e2(z)来确定是否满足终止迭代条件。
下面，结合附图，对这一实现方式进行详细描述。
图7所示为本申请一实施例提供的确定第二回波传递函数的流程示意图。
在步骤S151中，根据前馈信号、扬声器的播放信号以及第二预估传递函数，确定第二误差信号。
示例性地，第二回波路径模拟单元280可以基于第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000119
模拟第二回波路径的影响，对扬声器230的播放信号进行处理，以得到第二估计信号。这里，第二估计信号为模拟的播放信号经第二回波路径传递至参考麦克风210处的信号。第二加法器290可以将前馈信号和第二估计信号进行对比，得到二者之间的误差，即第二误差信号e2(z)。滤波器220可以将第二误差信号e2(z)作为输入，基于降噪系数对第二误差信号e2(z)进行处理，以得到降噪信号。扬声器230可以播放该降噪信号和测试信号y(z)，得到扬声器230的播放信号。
在步骤S152中，判断当前的第二误差信号e2(z)的期望功率是否达到最小值。
示例性地，第二自适应单元2100可以确定当前的第二误差信号e2(z)的期望功率(即第二误差信号e2(z)的能量)是否达到最小值。
若当前的第二误差信号e2(z)的期望功率未达到最小值，则执行步骤S153；若当前的第二误差信号e2(z)的期望功率达到最小值，则执行步骤S154。
在步骤S153中，对第二预估传递函数进行调整，并基于调整后的第二预估传递函数，再次执行步骤S151。
示例性地，若第二自适应单元2100确定当前的第二误差信号e2(z)的期望功率未达到最小值，则根据扬声器的播放信号和第二误差信号e2(z)对第二回波路径模拟单元280进行调整，以得到更新后的第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000121
第二自适应单元2100可以根据更新后的相关信号，再次确定第二误差信号e2(z)的期望功率达到最小值。重复这一过程，直至第二误差信号e2(z)的期望功率达到最小值。
在步骤S154中，将当前的第二预估传递函数确定为第二回波传递函数。
示例性地，若第二自适应单元2100确定当前的第二误差信号e2(z)的期望功率已达到最小值，则终止迭代，并将当前的第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000122
确定为第二回波传递函数。
通过判断第二误差信号的期望功率是否达到最小值来确定第二预估传递函数是否达到最优，并将第二误差信号的期望功率达到最小值时的第二预估传递函数确定为第二回波传递函数，可以使得确定出的第二回波传递函数更加接近真实的因人而异、因时而异的第二回波传递函数。
在步骤S160中，根据第二回波传递函数和扬声器的播放信号，从前馈信号中消除传递至参考麦克风处的播放信号，以得到前馈信号中的环境噪声信号。
示例性地，当确定第二回波传递函数后，第二回波路径模拟单元280可以根据得到的第二回波传递函数模拟真实的第二回波路径，对扬声器230的播放信号进行处理，以得到经第二回波路径传递至参考麦克风210处的播放信号。
第二加法器290可以对比参考麦克风210采集到的前馈信号和经第二回波路径传递至参考麦克风210处的播放信号，以便从前馈信号中消除经第二回波路径传递至参考麦克风210处的播放信号，还原得到前馈信号中的环境噪声信号。
在根据第二误差信号e2(z)来确定第二回波传递函数的实施例中，随着第二预估传递函数
Figure BDA0003180748970000123
不断逼近真实的第二回波传递函数H2(z)，第二估计信号不断逼近真实的经第二回波路径传递至参考麦克风210处的播放信号，相应地，第二误差信号e2(z)也不断逼近环境噪声信号。
当第二误差信号e2(z)的期望功率达到最小值后，第二估计信号与前馈信号中的经第二回波路径传递至参考麦克风210处的播放信号无限接近，因此，前馈信号消除第二估计信号后得到的第二误差信号e2(z)无限接近真实的环境噪声信号x(z)。此时的第二误差信号e2(z)便可以作为前馈信号中的环境噪声信号。
在步骤S170中，根据所述最终的降噪系数和前馈信号中的所述环境噪声信号，确定最终的降噪信号。
示例性地，在得到滤波器的最终的降噪系数、前馈信号中的环境噪声信号后，滤波器220可以将前馈信号中的环境噪声信号作为输入，采用最终的降噪系数来确定最终的降噪信号。扬声器230可以输出该最终的降噪信号，以实现主动降噪。
通过确定第二回波传递函数并根据第二回波传递函数从前馈信号中消除传递至参考麦克风处的播放信号，可以得到前馈信号中的环境噪声信号，从而可以避免传递至参考麦克风处的播放信号对主动降噪系统的影响，进一步提高降噪效果。
根据最终的降噪系数和从前馈信号中还原出的环境噪声确定最终降噪信号，能够有效地抵消因半入耳式耳机密封性差而导致的不利影响，从而极大地提高了半入耳式耳机的降噪效果。
在一些实施例中，上述通过反复调整来确定第二回波传递函数的过程，可以采用自适应算法来实现。例如，可以采用LMS(Least Mean Square，最小均方)算法或NLMS(Normalized Least Mean Square，归一化的最小均方)算法。
应当理解，对于步骤S120～S140和步骤S150～S160的执行顺序，本申请实施例不做具体限定。也就是说，对于确定第一回波传递函数和第二回波传递函数的先后顺序，本申请实施例不做具体限定。
在某些实施例中，可以在确定第一回波传递函数后，即在最终降噪系数确定后，确定第二回波传递函数。
在某些实施例中，也可以先确定第二回波传递函数，然后，确定第一回波传递函数进而确定最终的降噪系数。
在某些实施例中，确定第一回波传递函数和第二回波传递函数可以同时进行。例如，可以在第一预估传递函数的迭代更新的过程中，进行第二预估传递函数的迭代更新。
这种情况下，每次第一预估传递函数的更新都会导致降噪信号发生变化，降噪信号发生变化又会导致扬声器的播放信号发生变化，从而影响第二预估传递函数迭代更新的过程；与此同时，每次第二预估传递函数的更新也会导致降噪信号发生变化，降噪信号发生变化又会导致误差麦克风采集到的反馈信号发生变化，从而影响第一预估传递函数迭代更新的过程。
也就是说，在第一预估传递函数和第二预估传递函数同时进行迭代更新的过程中，每次更新的第一预估传递函数都会被应用于第二预估传递函数的自适应环节，同样地，每次更新的第二预估传递函数也会被应用于第一预估传递函数的自适应环节。这样，便可以同步进行第一预估传递函数和第二预估传递函数的迭代更新，从而可以快速地完成主动降噪系统的调优过程。
当耳机的佩戴位置发生移动时，或者当耳机被另一用户佩戴时，第一回波路径和第二回波路径的传递函数均会发生变化，因此，此前确定的第一回波路径传递函数和第二回波路径传递函数不再适用，从而导致降噪效果难以维持。
为了解决这一问题，在一些实施例中，上述实施例中的主动降噪方法，还可以包括以下步骤：判断反馈信号的功率是否保持收敛；当确定反馈信号的功率由收敛变为发散时，重新确定第一回波传递函数和第二回波传递函数。
具体来说，在确定第一回波传递函数和第二回波传递函数后，可以对误差麦克风采集到的反馈信号的功率进行实时监测，以监测反馈信号的功率是否保持收敛。当监测到反馈信号的功率由收敛便为发散时，或者说不再收敛于最小值时，再次执行上述实施例中的步骤，以重新确定第一回波传递函数和第二回波传递函数，对主动降噪系统再一次进行调优。
通过判断反馈信号的功率是否保持收敛，可以准确地判断出耳机的佩戴情况是否发生了变化。以此方式，可以有效地解决因耳机的佩戴位置发生变化而造成的降噪效果劣化的问题，显著地提高降噪效果的稳定性。
考虑到不仅降噪信号会通过第一回波路径传入用户耳道，其它音频信号，例如多媒体音频信号或通话语音信号，也会通过第一回波路径传入用户耳道，从而产生回声信号。这种回声信号会影响用户的使用体验，同时会影响主动降噪系统的运行。
为了解决这一问题，在一些实施例中，上述实施例中的主动降噪方法还可以包括以下步骤：根据第一回波传递函数，确定与测试信号对应的音质均衡系数。
示例性地，可以对音频信号(或者说测试信号)支路补偿一自适应均衡器，并基于确定的第一回波函数来调整该自适应均衡器的音质均衡系数。
作为一种实现方式，
Figure BDA0003180748970000151
这样，在确定出第一回波路径后，便可以确定出音质均衡系数EQ(z)。
在某些实施例中，该自适应均衡器可以被设置于耳机本地。
在某些实施例中，该自适应均衡器也可以被设置于耳机的配对设备端，例如手机的音乐播放器中。这种情况下，耳机例如可以通过蓝牙将确定的音质均衡系数发送至手机，手机端的音乐播放器可以基于该音质均衡系数对待播放的音频信号进行频谱均衡，并将处理后的音频信号发送至耳机进行播放。
以此方式，可以有效地消除回声信号，从而提高用户体验。
上文结合图2至图7，详细描述了本申请的主动降噪方法的方法实施例，下文结合图8，详细描述本申请的主动降噪方法的装置实施例。方法实施例和装置实施例的描述相互对应，为了简洁，适当省略重复的描述。
图8所示为本申请一实施例提供的主动降噪装置的结构示意图。
如图8所示，该主动降噪装置包括：主动降噪模块310、第一确定模块320和第二确定模块330。
主动降噪模块310用于根据初始降噪系数和参考麦克风采集的前馈信号确定初始降噪信号，并驱动扬声器播放该初始降噪信号。
这里，前馈信号包括环境噪声信号。
第一确定模块320用于根据误差麦克风采集的反馈信号和扬声器播放的测试信号确定第一回波传递函数。
这里，测试信号与环境噪声信号不相关。反馈信号为传递至误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号和测试信号的叠加信号。第一回波传递函数为扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至误差麦克风的路径的传递函数。
第二确定模块330用于根据第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
本申请实施例提供的主动降噪装置，通过确定第一回波传递函数，并根据第一回波传递函数调整滤波器的降噪系数，消除耳内回声对降噪效果的影响，解决了半入耳式耳机因佩戴一致性差而导致的降噪效果不理想的问题，提高半入耳式耳机的降噪效果。
在一些实施例中，第一确定模块320用于执行如下步骤：
a.根据反馈信号、测试信号和第一预估传递函数，确定第一误差信号；
b.当第一误差信号的期望功率未达到最小值时，根据第一误差信号和测试信号，对第一预估传递函数进行调整；
迭代执行步骤a和b，直至第一误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第一预估传递函数为第一回波传递函数。
在一些实施例中，上述主动降噪装置还包括：第三确定模块、第四确定模块。
第三确定模块用于根据前馈信号和扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数。
这里，第二回波传递函数为扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至参考麦克风的路径的传递函数。
第四确定模块用于根据第二回波传递函数和扬声器的播放信号，从前馈信号中消除传递至参考麦克风处的播放信号，以得到前馈信号中的环境噪声信号。
主动降噪模块310还可以用于根据最终的降噪系数和前馈信号中的环境噪声信号，确定最终的降噪信号。
在一些实施例中，第三确定模块用于执行以下步骤：
a.根据前馈信号、扬声器的播放信号以及第二预估传递函数，确定第二误差信号；
b.当第二误差信号的期望功率未达到最小值时，根据第二误差信号和扬声器的播放信号，对第二预估传递函数进行调整；
迭代执行步骤a和b，直至第二误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第二预估传递函数为第二回波传递函数。
在一些实施例中，上述主动降噪装置还可以包括判断模块。该判断模块用于判断反馈信号的功率是否保持收敛。
第一确定模块320还用于当判断模块确定反馈信号的功率由收敛变为发散时，重新确定第一回波传递函数。
第三确定模块还用于当判断模块确定反馈信号的功率由收敛变为发散时，重新确定第二回波传递函数。
在一些实施例中，测试信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
在一些实施例中，上述主动降噪装置还可以包括第五确定模块。第五确定模块用于根据第一回波传递函数，确定与测试信号对应的音质均衡系数。
图9所示为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。
如图9所示，该电子设备包括：与存储器410耦合的处理器420。该处理器420被配置为基于存储器410中存储的指令，执行前述实施例中的主动降噪方法。
本申请实施例还提供一种半入耳式主动降噪耳机。该半入耳式主动降噪耳机包括上述的主动降噪装置。
本申请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。该计算机程序被处理器执行时实现上述的主动降噪方法。
本申请的其它实施例，还提供一种计算机程序产品。该计算机产品包括用于执行前述实施例中的主动降噪方法。
应当理解，本申请使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“根据”是“至少部分地根据”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。
应当理解，虽然术语“第一”或“第二”等可能在本申请中用来描述各种元素(如第一回波路径模拟单元、第二回波路径模拟单元)，但这些元素不被这些术语所限定，这些术语只是用来将一个元素与另一个元素区分开。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器端或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器端或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器端、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid statedisk，SSD))等。
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申请的范围。
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。
另外，在本申请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。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半入耳式耳机的主动降噪方法，其特征在于，包括：
通过扬声器播放初始降噪信号和测试信号，所述初始降噪信号是根据参考麦克风采集的前馈信号和初始降噪系数确定的，所述前馈信号包括环境噪声信号，所述测试信号与所述环境噪声信号不相关；
通过误差麦克风采集反馈信号，所述反馈信号为传递至所述误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号以及测试信号的叠加信号；
根据所述反馈信号和所述测试信号确定第一回波传递函数，其中，所述第一回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述误差麦克风的路径的传递函数；
根据所述第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
2.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，根据所述反馈信号和所述测试信号确定第一回波传递函数，包括：
a.根据所述反馈信号、所述测试信号和第一预估传递函数，确定第一误差信号；
b.当所述第一误差信号的期望功率未达到最小值时，根据所述第一误差信号和所述测试信号，对所述第一预估传递函数进行调整；
迭代执行步骤a和b，直至所述第一误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第一预估传递函数为所述第一回波传递函数。
3.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，还包括：
根据所述前馈信号和所述扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数，其中，所述第二回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述参考麦克风的路径的传递函数；
根据所述第二回波传递函数和所述扬声器的播放信号，从所述前馈信号中消除传递至所述参考麦克风处的播放信号，以得到所述前馈信号中的所述环境噪声信号；以及
根据所述最终的降噪系数和所述前馈信号中的所述环境噪声信号，确定最终的降噪信号。
4.根据权利要求3所述的主动降噪方法，其特征在于，根据所述前馈信号和所述扬声器的播放信号，确定第二回波传递函数，包括：
a.根据所述前馈信号、所述扬声器的播放信号以及第二预估传递函数，确定第二误差信号；
b.当所述第二误差信号的期望功率未达到最小值时，根据所述第二误差信号和所述扬声器的播放信号，对所述第二预估传递函数进行调整；
迭代执行步骤a和b，直至所述第二误差信号的期望功率达到最小值时，确定当前的第二预估传递函数为所述第二回波传递函数。
5.根据权利要求3或4所述的主动降噪方法，其特征在于，还包括：
判断所述反馈信号的功率是否保持收敛；
当确定所述反馈信号的功率由收敛变为发散时，重新确定所述第一回波传递函数和所述第二回波传递函数。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的主动降噪方法，其特征在于，所述测试信号包括：媒体音频信号、通话语音信号。
7.根据权利要求6所述的主动降噪方法，其特征在于，还包括：根据所述第一回波传递函数，确定与所述测试信号对应的音质均衡系数。
8.一种主动降噪装置，其特征在于，包括：
主动降噪模块，用于根据初始降噪系数和参考麦克风采集的前馈信号确定初始降噪信号，并驱动扬声器播放所述初始降噪信号，其中，所述前馈信号包括环境噪声信号；
第一确定模块，用于根据误差麦克风采集的反馈信号和所述扬声器播放的测试信号确定第一回波传递函数，其中，所述测试信号与所述环境噪声信号不相关，所述反馈信号为传递至所述误差麦克风处的环境噪声信号、降噪信号和测试信号的叠加信号，所述第一回波传递函数为所述扬声器的播放信号经用户的耳廓反射至所述误差麦克风的路径的传递函数；
第二确定模块，用于根据所述第一回波传递函数，确定最终的降噪系数。
9.一种半入耳式主动降噪耳机，其特征在于，包括如权利要求8所述的主动降噪装置。
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1-7中任一项所述的主动降噪方法。
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