CN113544767B - 具有多个前馈麦克风和多个控制器的主动降噪(anr)系统 - Google Patents

具有多个前馈麦克风和多个控制器的主动降噪(anr)系统 Download PDF

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Abstract

本文档中描述的技术可体现在一种方法中，该方法包括：接收由与主动降噪(ANR)设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号；接收由与该ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号；使用设置在第一ANR信号流路径中的第一滤波器来处理该第一输入信号，以生成用于该ANR设备的声换能器的第一输出信号；使用设置在第二ANR信号流路径中的第二滤波器来处理该第二输入信号，以生成用于该声换能器的第二输出信号，其中该第二滤波器不同于该第一滤波器；以及基于组合该第一输出信号与该第二输出信号来生成用于该声换能器的组合信号。

Description

具有多个前馈麦克风和多个控制器的主动降噪(ANR)系统
技术领域
本公开整体涉及主动降噪(ANR)设备，并且更具体地涉及具有多个前馈麦克风的ANR设备。
背景技术
诸如耳机的声学设备可包括阻止环境噪声的至少一部分到达用户的耳部的主动降噪(ANR)能力。单个前馈麦克风在许多声学设备中是有利的，因为其成本低且易于实现。这些设备的性能可根据在设备外侧的麦克风和设备内侧(例如，用户的耳部)的虚拟麦克风的位置处的噪声信号之间的相干性水平来估计。然而，当存在无法由单个前馈麦克风捕获的来自多个噪声源的噪声信号时，这些设备的相干性可降低。
发明内容
一般来讲，在一个方面，本文档的特征在于一种方法，该方法包括：接收由与主动降噪(ANR)设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号；以及接收由与该ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号。该方法还包括：使用设置在第一ANR信号流路径中的第一滤波器来处理该第一输入信号，以生成用于该ANR设备的声换能器的第一输出信号；以及使用设置在第二ANR信号流路径中的第二滤波器来处理该第二输入信号，以生成用于该声换能器的第二输出信号。该方法包括：基于组合该第一输出信号与该第二输出信号来生成用于该声换能器的输出信号。该第二滤波器不同于该第一滤波器。
在另一方面，本文档的特征在于一种主动降噪(ANR)设备，该ANR设备包括：第一前馈麦克风，该第一前馈麦克风被配置为捕获第一输入信号；以及第二前馈麦克风，该第二前馈麦克风被配置为捕获第二输入信号。该ANR设备还包括：声换能器，该声换能器被配置为生成输出音频。该ANR设备包括：第一滤波器，该第一滤波器设置在该ANR设备的第一ANR信号流路径中。该第一滤波器被配置为：处理该第一输入信号，以生成用于该ANR设备的声换能器的第一输出信号。该ANR设备包括：第二滤波器，该第二滤波器设置在该ANR设备的第二ANR信号流路径中。该第二滤波器被配置为：处理该第二输入信号，以生成用于该声换能器的第二输出信号。该第二滤波器不同于该第一滤波器。该声换能器由输出信号驱动，该输出信号是该第一输出信号和该第二输出信号的组合。
在另一方面，本文档的特征在于一个或多个机器可读存储设备，该一个或多个机器可读存储设备具有在其上编码的用于使一个或多个处理设备执行各种操作的计算机可读指令。这些操作包括：接收由与主动降噪(ANR)设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号；接收由与该ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号；使用设置在第一ANR信号流路径中的第一滤波器来处理该第一输入信号，以生成用于该ANR设备的声换能器的第一输出信号；使用设置在第二ANR信号流路径中的第二滤波器来处理该第二输入信号，以生成用于该声换能器的第二输出信号，其中该第二滤波器不同于该第一滤波器；以及基于组合该第一输出信号与该第二输出信号来生成用于该声换能器的输出信号。
上述方面的具体实施可以包括以下特征中的一个或多个。
该第一ANR信号流路径和该第二ANR信号流路径可设置该ANR设备的前馈信号流路径中。该第一输入信号或该第二输入信号中的至少一者可以是使用多个麦克风捕获的。
上述方法可还包括：接收由与该ANR设备相关联的第三麦克风捕获的第三输入信号；以及使用该ANR设备的第三滤波器来处理该第三输入信号以生成用于该声换能器的第三信号。用于该声换能器的该输出信号可以是基于组合该第一输出信号、该第二输出信号和该第三信号生成的。该第三滤波器可不同于该第一滤波器和该第二滤波器。在一些情况下，该第三麦克风是该ANR设备的前馈麦克风，并且该第三滤波器设置在该ANR设备的前馈信号流路径中。在一些其他情况下，该第三输入信号是反馈信号，并且该第三麦克风是该ANR设备的反馈麦克风。在这些其他情况下，该第三滤波器设置在反馈信号流路径中，该反馈信号流路径驱动该输出换能器生成抗噪声信号，以减小由该反馈麦克风捕获的该第三输入信号中的噪声的影响。
在另一方面，本文档的特征在于主动降噪(ANR)头戴式耳机听筒，该ANR头戴式耳机听筒包括：第一麦克风，该第一麦克风设置在该ANR头戴式耳机听筒上，使得该第一麦克风被配置为捕获表示穿过通过该ANR头戴式耳机听筒的第一噪声通路的噪声的第一输入信号；以及第二麦克风，该第二麦克风设置在该ANR头戴式耳机听筒上，使得该第二麦克风被配置为捕获表示穿过通过该ANR头戴式耳机听筒的第二噪声通路的噪声的第二输入信号。该第一麦克风和该第二麦克风在该ANR头戴式耳机听筒上的位置被配置成使得在多个频率上实现第一目标相干性水平，在特定频率上的该第一目标相干性水平表示输出信号可同时使用该第一输入信号和该第二输入信号抑制的分数。
在又一方面，本文档的特征在于一种方法，该方法包括：在主动降噪(ANR)头戴式耳机听筒上提供第一麦克风，使得该第一麦克风被配置为捕获表示穿过通过该ANR头戴式耳机听筒的第一噪声通路的噪声的第一输入信号；在该ANR头戴式耳机听筒上提供第二麦克风，使得该第二麦克风被配置为捕获表示穿过通过该ANR头戴式耳机听筒的第二噪声通路的噪声的第二输入信号；以及配置该第一麦克风和该第二麦克风在该ANR头戴式耳机听筒上的位置，使得在多个频率上实现第一目标相干性水平，在特定频率上的该第一目标相干性水平表示输出信号可同时使用该第一输入信号和该第二输入信号抑制的分数。
上述两个方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。该ANR头戴式耳机听筒可包括：第三麦克风，该第三麦克风设置在该ANR头戴式耳机听筒上，使得该第三麦克风被配置为捕获表示穿过通过该ANR头戴式耳机听筒的第三噪声通路的噪声的第三输入信号。该第一麦克风、该第二麦克风和该第三麦克风在该ANR头戴式耳机杯上的位置被配置成使得在多个频率上实现第二目标相干性水平，在特定频率上的该第二目标相干性水平表示该输出信号可同时使用该第一输入信号、该第二输入信号和该第三输入信号抑制的分数。
该第一麦克风和该第二麦克风可以是前馈麦克风。该第一噪声通路可包括通过该头戴式耳机听筒的衬垫的声学路径。该第二噪声通路可包括通过该头戴式耳机听筒的端口的声学路径。在一些具体实施中，该头戴式耳机听筒可具有两个独立端口，包括质量端口和阻性端口。在这些具体实施中，该第二噪声通路可包括通过质量块端口或阻性端口的声学路径。在一些其他具体实施中，该头戴式耳机听筒可具有端口，该端口可在一些频率上充当质量端口并且在一些其他频率上充当阻性端口。该第三噪声通路可包括通过该头戴式耳机听筒的该衬垫和该ANR头戴式耳机听筒的用户的头部之间的泄漏形成的声学路径。
该ANR头戴式耳机听筒还可包括：声换能器，该声换能器被配置为生成输出音频；第一滤波器，该第一滤波器被配置为：处理该第一输入信号，以生成用于该声换能器的第一输出信号；以及第二滤波器，该第二滤波器被配置为：处理该第二输入信号，以生成用于该声换能器的第二输出信号。该声换能器可由组合信号驱动，该组合信号是该第一输出信号和该第二输出信号的组合。在一些具体实施中，该组合信号可包括在该ANR头戴式耳机内的电子器件的各个部分处组合的分量。
本文所述的各种实施方式可提供以下优点中的一者或多者。通过将多个前馈麦克风放置在ANR设备听筒上的不同策略位置处(例如，放置为靠近ANR设备听筒的噪声通路和/或接近ANR设备听筒的衬垫)，本文所述的技术可改善ANR设备的相干性，这继而可导致优于现有ANR设备的性能。此外，多个前馈麦克风可围绕听筒的周边散布，从而使得ANR设备能够在早期从不同方向捕获噪声信号。这继而可允许与依赖于基于反馈来调节降噪过程的设备相比更快地生成对应抗噪声信号。使用多个前馈麦克风可潜在地改善ANR设备在各种不同环境中的性能，特别是在噪声可来自不同方向的那些环境中。例如，具有多个麦克风的ANR设备可在用于飞机、拥挤的自助餐厅或噪声来自不同噪声源的移动车辆中时提供显著优点。
本公开中所述的两个或更多个特征，包括本发明内容部分中所述的那些，可组合以形成在本文未具体描述的实施方式。一个或多个具体实施的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和优点在说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
图1示出了入耳式主动降噪(ANR)耳机的示例。
图2例示了具有带三个前馈麦克风的听筒的示例性包耳式ANR耳机。
图3例示了具有带两个前馈麦克风的听筒的示例性包耳式ANR耳机。
图4是具有多个前馈麦克风的ANR设备的框图，其中每个前馈麦克风具有其自己的控制器。
图5是用于生成用于ANR设备中的声换能器的输出信号的示例性过程的流程图，该ANR设备具有多个前馈麦克风，每个前馈麦克风具有其自己的控制器。
图6是用于配置多个麦克风在ANR头戴式耳机听筒上的位置以使得实现目标相干性水平的示例性过程的流程图。
具体实施方式
本文档描述了用于在主动降噪(ANR)设备中实现多个前馈麦克风以改善ANR设备的性能的技术。诸如ANR耳机的ANR设备用于通过减小环境噪声和声音的影响来提供潜在沉浸式收听体验。许多ANR设备由于单个前馈麦克风的低成本且简单的具体实施而将其用于降噪。然而，当噪声来自不同方向时，这些设备的性能可能受到限制。ANR设备的性能可根据相干性水平来估计，该相干性水平表示在各频率上输出信号可使用来自前馈麦克风的输入消除/抑制的功率分数。当来自多个噪声源的噪声信号未被单个前馈麦克风充分捕获时，这些设备的相干性可降低。如本文档中所使用的前馈麦克风是指设置在ANR耳机的面向外的部分处(例如，在图2的耳杯(earcup)202的外侧上)的麦克风，其主要目的是捕获环境声音。在图2中示出了前馈麦克风的示例，例如，设置在耳杯202外侧上的前馈麦克风204、206和208。反馈麦克风是指设置为邻近ANR耳机的声换能器(例如，在耳杯内侧)的麦克风，其主要目的是在与耳部相同的声场(其不同于前馈麦克风所处的环境的声场)中捕获噪声。
本文所述的技术允许实现具有设置在ANR设备的听筒外侧上的多个前馈麦克风的ANR设备。通过将多个前馈麦克风放置在ANR设备听筒上的不同策略位置处(例如，放置为靠近ANR设备听筒的噪声通路和/或接近ANR设备听筒的衬垫)，本文所述的技术可改善ANR设备的相干性，这继而可导致优于现有ANR设备的性能。此外，多个前馈麦克风可围绕听筒的周边散布，从而使得ANR设备能够在早期从不同方向捕获噪声信号。这继而可允许与依赖于基于反馈来调节降噪过程的设备相比更快地生成对应抗噪声信号。使用多个前馈麦克风可潜在地改善ANR设备在各种不同环境中的性能，特别是在噪声可来自不同方向的那些环境中。例如，具有多个麦克风的ANR设备可在移动车辆中提供显著优点，在该车辆中，噪声来自不同噪声源，诸如引擎、外部车辆和挡风玻璃刮水器。
一种主动降噪(ANR)设备可包括可配置的数字信号处理器(DSP)，该处理器可用于实现各种信号流拓扑和滤波器配置。此类DSP的示例在美国专利8,073,150和8,073,151中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文。美国专利9,082,388(同样全文以引用方式并入本文)描述了如图1所示的入耳式主动降噪(ANR)耳机的声学实现。该耳机100包括前馈麦克风102、反馈麦克风104、输出换能器106(其也可称为电声换能器或声换能器)以及耦接到两个麦克风和输出换能器以基于在两个麦克风处检测到的信号向输出换能器提供抗噪声信号的降噪电路(未示出)。电路的附加输入(图1中未示出)提供附加音频信号，诸如音乐或通信信号，以独立于降噪信号在输出换能器106上回放。
在本文中与术语“头戴式耳机”可互换使用的术语“耳机”包括各种类型的个人声学设备，诸如入耳式、环耳式或包耳式头戴式耳机、耳机和助听器。头戴式耳机或耳机可包括用于每个耳部的耳塞或耳罩。耳塞或耳罩可彼此物理地系在一起，例如通过绳索、头戴桥接部或头带或头后保持结构。在一些具体实施中，耳机的耳塞或耳罩可经由无线链路彼此连接。
对于具有被配置为捕获单个输入信号的单个前馈麦克风的ANR设备，ANR设备的性能可通过(i)(放置在设备外侧上的)前馈麦克风的位置处的输入信号和(ii)在用户的耳部处测量的输出信号之间的相干性来估计。具体地讲，两个信号之间的相干性是量化两个信号彼此线性相关的程度的频域量。相干性是在各频率上介于0和1之间的数字。假设时间步长t处的输入信号为x(t)并且时间步长t处的输出信号为y(t)，其中x(t)至y(t)为时域量，则从x(t)至y(t)的相干性与从y(t)至x(t)的相干性相同。x(t)和y(t)之间的相干性可表示为这反映其为功率量。可使用以下公式计算相干性：
在上述公式中，SXX(ω)为x(t)的功率谱，其为x的傅里叶变换的平方幅值的预期值，如下所示：
SXX(ω)＝E[X(ω)X(ω)*]＝E[|X(ω)|2]， (2)
其中ω为频率，并且SXX(ω)为频域量。
类似地，SYY(ω)为y(t)的功率谱并且可如下计算：
SYY(ω)＝E[Y(ω)Y(ω)*]＝E[|Y(ω)|2] (3)
SYX(ω)为x(t)和y(t)之间的互功率谱：
SXX(ω)＝E[Y(ω)X(ω)*] (4)
从数学角度来看，相干性是输出信号y(t)中可由输入信号x(t)线性解释的功率分数。从ANR角度来看，相干性表示在各频率上输出信号中可使用输入信号消除的功率分数。
在存在未被单个前馈麦克风充分捕获的来自多个噪声源的噪声信号的情况下，可降低单个前馈麦克风ANR设备的相干性。本文所述的技术可通过允许在ANR设备(也称为ANR耳机或头戴式耳机)中使用多个前馈麦克风来提供(与单个前馈麦克风设备相比)改善的相干性。可经由前馈麦克风在邻近ANR耳机的噪声通路(环境噪声可能通过其到达用户的耳部的通路)的位置处的策略性放置来进一步改善此类设备的性能。
例如，在使用耳机期间，用户的皮肤和接触皮肤的耳机衬垫之间的声学泄露形成典型的噪声通路。因此，多个前馈麦克风中的一个或多个前馈麦克风可被放置为靠近耳机听筒的外周边(例如，靠近包耳式头戴式耳机耳杯的外周边)并且接近听筒的衬垫。又如，ANR耳机的端口(例如，如例如美国专利9,762,990中所述的阻性端口或质量端口，该专利以引用方式并入本文)也可在耳机中形成噪声通路。因此，多个前馈麦克风中的一个或多个前馈麦克风可设置为靠近ANR耳机的此类端口中的一个或多个端口。如美国专利9,762,990中所述，ANR耳机可具有由驱动器隔开的前腔和后腔，其中质量端口管连接到后腔以向后腔呈现抗性声阻抗，与阻性端口并联。在一些具体实施中，可能有益的是，将多个前馈麦克风中的至少一个前馈麦克风放置为接近ANR耳机的阻性端口或质量端口，以便改善相干性。在一些具体实施中，对应麦克风可被放置为邻近ANR设备的阻性端口和质量端口两者。例如，图2示出了ANR设备的耳杯202。耳杯202包括三个麦克风204、206和208。麦克风206可被放置为邻近ANR设备的质量端口(未示出)，并且麦克风208可被放置为邻近ANR设备的阻性端口212。
在一些具体实施中，多个麦克风的位置可围绕听筒分布，使得多个麦克风可捕获来自不同方向的噪声信号。当两个麦克风用于前馈主动降噪时，两个麦克风可被放置在例如听筒上基本上沿直径相对的位置处。例如，图3示出了包括两个麦克风304和306的ANR头戴式耳机耳杯302。麦克风306被放置为朝向耳杯302的前部，并且麦克风304相对于麦克风306的位置被放置为朝向耳杯302的后部。
多个前馈麦克风的相对位置被配置成使得实现目标相干性水平。当使用多个前馈麦克风时，相干性(也称为“多重相干性”以与单个前馈麦克风情况中的相干性区分)如下计算。
如果x1(t)、x2(t)、…、xn(t)表示由多个前馈麦克风捕获的多个输入信号，则ANR耳机的多重相干性可如下计算：
其中粗体符号表示矢量或矩阵(由于多个输入信号)，并且(.)H表示矩阵或矢量的埃尔米特(复共轭转置)。多重相干性是在各频率ω上介于0和1之间的单个数字。
SYX(ω)为输入信号和输出信号之间的互功率谱矢量：
其中每个元素使用以下公式4限定。此外，代替输入信号的功率谱，所有输入信号的互功率谱矩阵计算如下：
多重相干性表示(在用户的耳部处的)输出信号可同时使用所有输入信号消除的分数。多个前馈麦克风在ANR耳机听筒上的相对位置被配置成使得实现目标多重相干性水平。例如，目标多重相干性水平可以是0.91、0.94、0.95或介于0.9和0.9999之间的任何值。
图2例示了具有带三个麦克风的听筒的示例性包耳式ANR头戴式耳机200。听筒是从外侧观察的头戴式耳机200的右耳杯202。耳杯202具有三个麦克风204、206和208，这些麦克风皆是位于耳杯外壳(或耳杯盖)的外周边附近的前馈麦克风。虽然图2示出了三个前馈麦克风204、206和208，但在一些具体实施中，头戴式耳机可仅具有两个作为前馈麦克风的麦克风。在一些其他具体实施中，头戴式耳机可具有两个前馈麦克风和一个反馈麦克风。在一些其他具体实施中，头戴式耳机可具有多于三个前馈麦克风和任选地一个反馈麦克风。
一般来讲，当使用三个麦克风时，三个麦克风的位置围绕耳杯202的外周边散布，以捕获来自不同方向的噪声输入信号。三个麦克风中的第一麦克风设置在耳杯202上，使得第一麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机耳杯202的第一噪声通路的噪声的第一输入信号。第二麦克风设置在ANR头戴式耳机耳杯202上，使得第二麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机耳杯202的第二噪声通路的噪声的第二输入信号。第三麦克风设置在ANR头戴式耳机耳杯202上，使得第三麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机耳杯202的第三噪声通路的噪声的第三输入信号。第一噪声通路、第二噪声通路和第三噪声通路中的每个噪声通路可选自以下一组噪声通路：(i)通过耳杯202的衬垫210的声学路径；(ii)通过头戴式耳机耳杯202的端口的声学路径；以及(iii)通过头戴式耳机耳杯202的衬垫和ANR头戴式耳机200的用户的头部之间的泄漏形成的声学路径。
在图2的示例中，麦克风204、206和208的位置围绕耳杯202的外周边均匀地散布。麦克风204和206被放置为接近耳杯202的衬垫210，以捕获表示穿过衬垫210的噪声的输入信号。底部麦克风208被放置为接近阻性端口212，以捕获表示穿过耳杯202的阻性端口212的噪声的输入信号。
在一些具体实施中，耳杯202可具有多于两个前馈麦克风和任选地一个反馈麦克风，而不是具有三个麦克风(两个前馈麦克风和一个反馈麦克风，或三个前馈麦克风)。例如，耳杯202可具有三个、四个或五个前馈麦克风和一个反馈麦克风。
图3例示了具有带有两个前馈麦克风的听筒的示例性环耳式ANR头戴式耳机300。听筒是从外侧观察的头戴式耳机300的右耳杯302。耳杯302具有两个前馈麦克风304和306。一般来讲，当使用两个前馈麦克风时，两个麦克风的位置设置在耳杯302上大致沿直径相对的位置处。在一些具体实施中，这可使麦克风捕获源自不同噪声源的输入信号的能力最大化。麦克风中的一个麦克风设置在耳杯302上，使得麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机耳杯的第一噪声通路的噪声的第一输入信号。第二麦克风设置在ANR头戴式耳机耳杯302上，使得第二麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机耳杯302的第二噪声通路的噪声的第二输入信号。第一噪声通路和第二噪声通路可选自以下一组噪声通路：(i)通过耳杯302的衬垫310的声学路径；(ii)通过头戴式耳机耳杯302的端口的声学路径；以及(iii)通过头戴式耳机耳杯302的衬垫和ANR头戴式耳机300的用户的头部之间的泄漏形成的声学路径。
在图3的示例中，麦克风304和306位于耳杯的周边上大致沿直径相对的位置处。麦克风306被放置为朝向耳杯302的前部，并且麦克风304相对于麦克风306的位置被放置为朝向耳杯302的后部。在使用期间，麦克风304邻近衬垫310和用户皮肤之间用户头发可能来自的位置，这继而可能引起周围环境和耳部之间的噪声泄漏。因此，麦克风304可捕获表示穿过通过衬垫310和用户头部之间的泄漏形成的声学路径的噪声的输入信号。在一些具体实施中，可能期望将麦克风304和306放置为尽可能接近衬垫310以捕获渗漏(leakagethrough)。然而，如果ANR头戴式耳机300在ANR模式和侧听(hear-through)模式(也称为“感知模式”，其中降噪功能被关闭一段时间并且允许环境声音的一部分传递到用户的耳部)下操作，麦克风304和306可被设置远离衬垫310的周边，以减小麦克风304和306与ANR头戴式耳机300的驱动器(或声换能器)之间的耦接的可能性。在侧听模式下，麦克风捕获环境声音，并且所捕获的声音通过驱动器以1或更大的增益回放。将麦克风放置为靠近衬垫310使麦克风接近驱动器，从而增加麦克风拾取驱动器的输出的可能性。由于此类耦接可不利地影响侧听模式稳定性，因此在麦克风也用于侧听模式的情况下，将麦克风放置为靠近衬垫310的周边可能不是理想的。
图4是具有多个前馈麦克风的示例性ANR设备的框图。一般来讲，在ANR设备中，每个前馈麦克风具有其自己的滤波器(也称为控制器)，其中由每个滤波器生成的信号被组合以生成要馈送到声换能器(或驱动器)的组合信号。各种信号流拓扑可在ANR设备中实现，以便实现诸如音频均衡、反馈噪声消除和前馈噪声消除的功能。例如，如在图4中的ANR设备400的示例性框图中所示，信号流拓扑可包括两个或更多个前馈信号流路径(例如，信号流路径414、418和422)以及任选地一个反馈信号流路径432和/或音频路径426。
具体地，ANR设备400包括第一前馈麦克风402，该第一前馈麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR设备400的第一噪声通路的噪声的第一输入信号FF1。ANR设备400包括设置在ANR信号流路径中的第一滤波器416。滤波器416被配置为处理第一输入信号以生成第一输出信号。ANR信号流路径可设置在ANR设备400的前馈信号流路径414中。前馈信号流路径414设置在前馈麦克风402和ANR设备的声换能器406之间。
ANR设备400还包括第二前馈麦克风404，该第二前馈麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR设备400的第二噪声通路的噪声的第二输入信号FF2。ANR设备400包括设置在ANR信号流路径中的第二滤波器420。滤波器420被配置为处理第一输入信号以生成第一输出信号。ANR信号流路径可设置在ANR设备400的前馈信号流路径418中。前馈信号流路径418设置在前馈麦克风404和声换能器406之间。
ANR设备400可任选地包括其他前馈麦克风，例如前馈麦克风408。麦克风408被配置为捕获表示穿过通过ANR设备400的第三噪声通路的噪声的第三输入信号FF3。ANR设备400包括第三滤波器424，该第三滤波器设置在ANR信号流路径中并且被配置为处理第三输入信号以生成第三输出信号。ANR信号流路径可设置在前馈信号流路径422中，该前馈信号流路径设置在前馈麦克风408和声换能器406之间。
在一些具体实施中，ANR设备400的两个前馈麦克风可使用相同滤波器来处理由两个前馈麦克风捕获的输入信号。
在一些其他具体实施中，两个前馈麦克风可使用具有共有部件和独立部件的滤波器。在一些情况下，这可用两个完全独立的滤波器来完成。在一些其他情况下，为了节省计算能力，由两个麦克风捕获的输入信号可各自由小型单个滤波器处理以生成相应输出信号。由小型单个滤波器生成的输出信号可组合在一起，然后由较大共有滤波器处理。
在一些具体实施中，ANR设备400中实现的信号流拓扑还可包括音频路径426，该音频路径包括用于处理输入音频信号410(诸如音乐或通信信号)以在输出换能器406上回放的电路(例如，均衡器428)。
在一些具体实施中，信号流拓扑可包括反馈信号流路径432，该反馈信号流路径驱动输出换能器406(使用例如反馈滤波器430)生成抗噪声信号，以减小由反馈麦克风412拾取的噪声信号FB的影响。
在一些具体实施中，前馈信号流路径414、418和422可包括与侧听路径并联设置的ANR信号流路径。此类配置的示例在公布于2018年10月9日的美国专利号10,096,313 B1中有所描述，该专利的全部内容以引用方式并入本文。
输出换能器406由组合信号驱动，该组合信号基于组合由前馈滤波器产生的输出信号(例如，基于组合由其相应滤波器产生的第一输出信号、第二输出信号和任选地第三输出信号)而生成。输出换能器406被配置为：通过使用滤波器416、420和424生成抗噪声信号以减小由前馈麦克风402、404和408拾取的噪声信号的影响，向用户的耳部生成输出音频。在一些具体实施中，输出信号可在被提供给声换能器406之前与一个或多个附加信号(例如，由ANR设备400的反馈滤波器430产生的信号和/或在ANR设备400的音频路径426中产生的信号等)组合。因此，声换能器的输出音频406表示与表示根据用户偏好(例如，通过使用感知模式)调节的环境的任何音频组合的降噪音频。
图5是用于生成用于ANR设备中的声换能器的输出信号的示例性过程500的流程图，该ANR设备具有多个前馈麦克风，其中每个前馈麦克风具有其自己的控制器。可使用一个或多个处理设备(诸如美国专利8,073,150和8,073,151中所述的DSP，这些专利全文以引用方式并入本文)来实现过程500的至少一部分。
过程500的操作包括：接收由与ANR设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号(502)。在一些具体实施中，ANR设备可以是入耳式耳机，诸如参考图1所述的耳机。在一些具体实施中，ANR设备可包括例如环耳式耳机、包耳式耳机(例如，参考图2和图3所述的耳机)、敞开式耳机、助听器或其他个人声学设备。在一些具体实施中，第一前馈麦克风可以是麦克风阵列的一部分。
过程500的操作还包括：接收由与ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号(504)。在一些具体实施中，第二前馈麦克风可以是麦克风阵列的一部分。
在一些具体实施中，使用多个麦克风来捕获第一输入信号或第二输入信号中的至少一者。
过程500的操作包括：使用设置在第一ANR信号流路径中的第一滤波器来处理第一输入信号，以生成用于ANR设备的声换能器的第一输出信号(506)。第一ANR信号流路径设置在ANR设备的前馈信号流路径中。前馈信号流路径设置在ANR设备的第一前馈麦克风和声换能器之间。在一些具体实施中，第一滤波器可基本上类似于上文参考图4描述的ANR滤波器416。在一些具体实施中，第一输出信号可包括响应于由第一前馈麦克风检测到的噪声而生成的抗噪声信号，其中该抗噪声信号被配置为消除或至少减小噪声的影响。在一些具体实施中，第一滤波器可以是固定系数滤波器。
过程500的操作还包括：使用设置在第二ANR信号流路径中的第二滤波器来处理第二输入信号，以生成用于声换能器的第二输出信号(508)。第二滤波器不同于第一滤波器。第二ANR信号流路径设置在ANR设备的前馈信号流路径中。前馈信号流路径设置在ANR设备的第二前馈麦克风和声换能器之间。在一些具体实施中，第二滤波器可基本上类似于上文参考图4描述的ANR滤波器420。在一些具体实施中，第二输出信号可包括响应于由第二前馈麦克风检测到的噪声而生成的抗噪声信号，其中该抗噪声信号被配置为消除或至少减小噪声的影响。在一些具体实施中，第二滤波器可以是固定系数滤波器。在一些具体实施中，可以基本上独立于第一滤波器的一组系数来确定第二滤波器的系数。
过程500的操作还包括：基于组合第一输出信号和第二输出信号来生成用于声换能器的组合信号(510)。在一些具体实施中，组合信号可在被提供给声换能器之前与一个或多个附加信号(例如，由ANR设备的反馈滤波器产生的信号、在ANR设备的音频路径中产生的信号等)进一步组合。因此，声换能器的输出音频可表示与表示根据用户偏好调节的环境的音频组合的降噪音频。
在一些具体实施中，过程500的操作可包括：接收由与ANR设备相关联的第三麦克风捕获的第三输入信号，以及使用ANR设备的第三滤波器来处理第三输入信号以生成用于声换能器的第三信号。在一些情况下，第三麦克风可以是ANR设备的前馈麦克风，并且第三滤波器设置在ANR设备的前馈信号流路径中。在一些其他情况下，第三麦克风是ANR设备的反馈麦克风，并且第三输入信号是反馈信号。在这些其他情况下，第三滤波器设置在反馈信号流路径中，该反馈信号流路径驱动声换能器(通过使用第三滤波器)生成抗噪声信号，以减小由反馈麦克风捕获的第三输入信号中的噪声的影响。
在存在由第三麦克风捕获的第三输入信号的上述具体实施中，用于声换能器的组合信号是基于组合第一输出信号、第二输出信号和第三信号生成的。
图6是用于配置多个麦克风在ANR头戴式耳机听筒上的位置以使得实现目标相干性水平的示例性过程的流程图。
过程600的操作包括：在主动降噪(ANR)头戴式耳机听筒上提供第一麦克风，使得第一麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机听筒的第一噪声通路的噪声的第一输入信号(602)。提供第一麦克风包括提供第一前馈麦克风。第一噪声通路可以是通过ANR头戴式耳机听筒的衬垫的声学路径。
过程600的操作还包括：在ANR头戴式耳机听筒上提供第二麦克风，使得第二麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机听筒的第二噪声通路的噪声的第二输入信号(604)。提供第二麦克风包括提供第二前馈麦克风。第二噪声通路可以是通过ANR头戴式耳机听筒的端口的声学路径。端口可以是ANR头戴式耳机听筒的阻性端口或(ii)ANR头戴式耳机听筒的质量端口中的一者。
过程600的操作可任选地包括：在头戴式耳机听筒上提供第三麦克风，使得第三麦克风被配置为捕获表示穿过通过ANR头戴式耳机听筒的第三噪声通路的噪声的第三输入信号(606)。第三噪声通路可以是通过头戴式耳机听筒的衬垫和ANR头戴式耳机听筒的用户的头部之间的泄漏形成的声学路径。
过程600的操作包括：配置麦克风在ANR头戴式耳机杯上的位置，使得实现ANR的目标相干性水平(608)。当存在第一麦克风和第二麦克风时，第一麦克风和第二麦克风在ANR头戴式耳机听筒上的位置被配置成使得在多个频率上实现第一目标相干性水平。在特定频率上的第一目标相干性水平表示输出信号可同时使用第一输入信号和第二输入信号抑制的分数。当存在第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风时，第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风的位置被配置成使得第一麦克风、第二麦克风和第三麦克风在ANR头戴式耳机杯上的位置被配置成使得在多个频率上实现第二目标相干性水平。在特定频率上的第二目标相干性水平表示输出信号可同时使用第一、第二和第三输入信号抑制的分数。
相干性是介于0和1之间的单个数字，并且可使用如上所述的公式5计算。目标相干性水平可以是介于0和1之间的数字，例如，目标多重相干性水平可以是0.6、0.7、0.75、0.82或0.95。
本文所述的功能或其部分，以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行校准过程的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。在一些具体实施中，功能的至少一部分可还在浮点或固定点数字信号处理器(DSP)上执行，诸如由模拟设备公司(Analog DevicesInc)开发的超级哈佛架构单片机(SHARC)。
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
本文中未具体描述的其他实施方案和应用也在以下权利要求书的范围内。本文所述的不同实施方式的元件可组合以形成上文未具体阐述的其他实施方案。可从本文所述的结构去除一些元件而不会不利地影响它们的操作。此外，可将各种独立的元件组合到一个或多个单独的元件中以执行本文所述的功能。

Claims (18)

1.一种主动降噪的方法，包括：
接收由与主动降噪ANR设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号；
接收由与所述ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号，其中所述第一前馈麦克风和所述第二前馈麦克风被定位为使得在多个频率处实现目标相干性水平；
使用设置在第一前馈ANR信号流路径中的第一滤波器来处理所述第一输入信号，以生成用于所述ANR设备的声换能器的第一输出信号；
使用设置在第二前馈ANR信号流路径中的第二滤波器来处理所述第二输入信号，以生成用于所述声换能器的第二输出信号，其中所述第二滤波器不同于所述第一滤波器；以及
基于组合所述第一输出信号与所述第二输出信号来生成用于所述声换能器的组合信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一输入信号或所述第二输入信号中的至少一者是使用多个麦克风捕获的。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
接收由与所述ANR设备相关联的第三麦克风捕获的第三输入信号；
使用所述ANR设备的第三滤波器来处理所述第三输入信号，以生成用于所述声换能器的第三信号；以及
其中用于所述声换能器的所述组合信号是基于组合所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三信号生成的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三滤波器不同于所述第一滤波器和所述第二滤波器。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三麦克风是所述ANR设备的前馈麦克风，并且其中所述第三滤波器设置在所述ANR设备的前馈信号流路径中。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第三输入信号是反馈信号，并且所述第三麦克风是所述ANR设备的反馈麦克风。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第三滤波器设置在反馈信号流路径中，所述反馈信号流路径驱动所述声换能器使用所述第三滤波器生成抗噪声信号，以减小由所述反馈麦克风捕获的所述第三输入信号中的噪声的影响。
8.一种主动降噪ANR设备，包括：
第一前馈麦克风，所述第一前馈麦克风被配置为捕获第一输入信号；
第二前馈麦克风，所述第二前馈麦克风被配置为捕获第二输入信号，其中所述第一前馈麦克风和所述第二前馈麦克风被定位为使得在多个频率处实现目标相干性水平；
声换能器，所述声换能器被配置为生成输出音频；
第一滤波器，所述第一滤波器设置在所述ANR设备的第一前馈ANR信号流路径中，所述第一滤波器被配置为处理所述第一输入信号以生成用于所述ANR设备的声换能器的第一输出信号；和
第二滤波器，所述第二滤波器设置在所述ANR设备的第二前馈ANR信号流路径中，所述第二滤波器被配置为处理所述第二输入信号以生成用于所述声换能器的第二输出信号，所述第二滤波器不同于所述第一滤波器，
其中所述声换能器由组合信号驱动，所述组合信号是所述第一输出信号和所述第二输出信号的组合。
9.根据权利要求8所述的ANR设备，其中，所述第一输入信号或所述第二输入信号中的至少一者是使用多个麦克风捕获的。
10.根据权利要求8所述的ANR设备，还包括：
接收由与所述ANR设备相关联的第三麦克风捕获的第三输入信号；
使用所述ANR设备的第三滤波器来处理所述第三输入信号，以生成用于所述声换能器的第三信号；并且
其中用于所述声换能器的所述组合信号是基于组合所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三信号生成的。
11.根据权利要求10所述的ANR设备，其中，所述第三滤波器不同于所述第一滤波器和所述第二滤波器。
12.根据权利要求10所述的ANR设备，其中，所述第三麦克风是所述ANR设备的前馈麦克风，并且其中所述第三滤波器设置在所述ANR设备的前馈信号流路径中。
13.根据权利要求10所述的ANR设备，其中，所述第三输入信号是反馈信号，并且所述第三麦克风是所述ANR设备的反馈麦克风。
14.根据权利要求13所述的ANR设备，其中，所述第三滤波器设置在反馈信号流路径中，所述反馈信号流路径驱动输出换能器生成抗噪声信号，以减小由所述反馈麦克风捕获的所述第三输入信号中的噪声的影响。
15.一个或多个机器可读存储设备，所述一个或多个机器可读存储设备具有在其上编码的计算机可读指令，以用于使一个或多个处理设备执行操作，所述操作包括：
接收由与主动降噪ANR设备相关联的至少第一前馈麦克风捕获的第一输入信号；
接收由与所述ANR设备相关联的至少第二前馈麦克风捕获的第二输入信号，其中所述第一前馈麦克风和所述第二前馈麦克风被定位为使得在多个频率处实现目标相干性水平；
使用设置在第一前馈ANR信号流路径中的第一滤波器来处理所述第一输入信号，以生成用于所述ANR设备的声换能器的第一输出信号；
使用设置在第二前馈ANR信号流路径中的第二滤波器来处理所述第二输入信号，以生成用于所述声换能器的第二输出信号，其中所述第二滤波器不同于所述第一滤波器；以及
基于组合所述第一输出信号与所述第二输出信号来生成用于所述声换能器的组合信号。
16.根据权利要求15所述的一个或多个机器可读存储设备，还包括：
接收由与所述ANR设备相关联的第三麦克风捕获的第三输入信号；
使用所述ANR设备的第三滤波器来处理所述第三输入信号，以生成用于所述声换能器的第三信号；并且
其中用于所述声换能器的所述组合信号是基于组合所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述第三信号生成的。
17.根据权利要求16所述的一个或多个机器可读存储设备，其中，所述第三麦克风是所述ANR设备的前馈麦克风，并且其中所述第三滤波器设置在所述ANR设备的前馈信号流路径中。
18.根据权利要求16所述的一个或多个机器可读存储设备，其中，所述第三输入信号是反馈信号，并且所述第三麦克风是所述ANR设备的反馈麦克风。
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