CN113611279A - 一种主动降噪系统及降噪耳机 - Google Patents

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CN113611279A CN202111081224.6A CN202111081224A CN113611279A CN 113611279 A CN113611279 A CN 113611279A CN 202111081224 A CN202111081224 A CN 202111081224A CN 113611279 A CN113611279 A CN 113611279A
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黎懋紘
王辉
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Abstract

本申请实施例提供一种主动降噪系统及降噪耳机。所述的系统包括：能量判断单元、第一滤波单元和IIR滤波器。能量判断单元用于判断噪声信号是否满足预设门限要求，将满足要求的噪声信号发送给第一滤波单元；第一滤波单元包括下采样模块、FIR滤波器和上采样模块；下采样模块对噪声信号进行抽取采样后送入FIR滤波器中滤波，获得滤波后的噪声信号，上采样模块对滤波后的噪声信号进行上采样操作，获得第一滤波信号并发送至IIR滤波器；IIR滤波器将第一滤波信号再次滤波，得到第二滤波信号。通过FIR滤波器和IIR滤波器的共同滤波，改变噪声信号采样率，达到更好的降噪效果，降低延迟和资源消耗。

Description

一种主动降噪系统及降噪耳机
技术领域
本申请涉及降噪领域，具体而言，涉及一种主动降噪系统及降噪耳机。
背景技术
主动降噪是应用在耳机降噪的方法之一，通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。
为了满足延迟的需求，传统的ANC主动降噪系统通常工作在很高的采样率(192kHz以上)。在主动降噪系统中需要降噪滤波器对噪声信号进行滤波，调控。但在高采样率的条件下，低阶数的FIR滤波器无法精确调控低频信号，高阶数的滤波器又会导致高延迟和高资源消耗，无法应用在此架构中。因此，在传统的ANC主动降噪系统中，降噪滤波器使用的是IIR滤波器，但是IIR滤波器的相位特性很难控制，在针对滤波器的细节调控和自适应修改时局限很大，延迟和资源消耗较大，影响降噪效果。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种主动降噪系统及降噪耳机，以解决现有技术中IIR滤波器的相位特性很难控制，在针对滤波器的细节调控和自适应修改时局限很大，延迟和资源消耗较大，影响降噪效果的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种主动降噪系统，包括：依次连接的能量判断单元、第一滤波单元和IIR滤波器；
所述能量判断单元用于判断噪声信号是否满足预设门限要求，若满足，则将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元；
所述第一滤波单元包括下采样模块、FIR滤波器和上采样模块，所述下采样模块对所述噪声信号进行抽取采样，获得下采样后的噪声信号，所述FIR滤波器对所述下采样后的噪声信号滤波，获得滤波后的噪声信号，所述上采样模块对所述滤波后的噪声信号进行上采样操作，获得第一滤波信号，并将所述第一滤波信号发送至所述IIR滤波器；
所述IIR滤波器对所述上采样的噪声信号再次滤波，得到第二滤波信号。
通过改变噪声信号的采样率，使噪声信号先通过FIR滤波器进行细节调控和自适应修改，再送入IIR滤波器中，可以更好的控制滤波器的相位特性，减少延迟和资源消耗，达到更好的降噪效果。
进一步的，所述能量判断单元具体用于判断所述噪声信号的能量，低于预设门限值时，将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元。
将满足门限要求的信号直接输入所述第一滤波单元，保留了高频信号部分，可减少资源的消耗。
进一步的，所述系统还包括前低通滤波器和低通滤波器；
其中，所述前低通滤波器设置在所述能量判断单元和所述第一滤波单元之间；
所述后低通滤波器设置在所述上采样模块和所述IIR滤波器之间；
所述前低通滤波器将输入的噪声信号先进行滤波后，再送入所述第一滤波单元；
所述后低通滤波器用于接收所述上采样模块输出的第一滤波信号，并对所述第一滤波信号进行低通滤波后，送入所述IIR滤波器中。
加入低通滤波器在主动降噪系统中，能够使所述噪声信号在不满足门限要求时，仍能通过改变噪声信号的采样率，实现FIR滤波器和IIR滤波器的共同调控。
进一步的，所述系统，还包括：模数转换器和数模转换器；
所述模数转换器与所述能量判断单元连接，用于将所述噪声信号的信号类型从模拟信号转换为数字信号，并将转换后的噪声信号输入到所述能量判断单元。所述数模转换器与所述IIR滤波器连接，用于将所述第二滤波信号的信号类型从数字信号转换为模拟信号。
FIR滤波器和IIR滤波器均为数字滤波器，通过模数转换器，将噪声信号先转换为对应的数字信号，才能被FIR滤波器和IIR滤波器滤波和调控，最后再通过数模转换器输出对应的模拟噪声信号。
进一步的，所述FIR滤波器包括：A/D转换器、FIR控制器、加法器、乘法器、累加器和D/A转换器；
其中：所述A/D转换器的输出端与所述FIR控制器的输入端连接；
所述FIR控制器的输出端分别与所述加法器的输入端和所述乘法器的输入端连接；
所述加法器的输出端与所述乘法器的输入端连接；
所述乘法器的输出端与所述累加器的输入端连接；
所述累加器的输出端与所述D/A转换器的输入端连接。
通过FIR滤波器对噪声信号进行自适应调控和匹配增益及相位响应调控，减少延迟和消耗。
进一步的，所述前低通滤波器和所述后低通滤波器包括：巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器均为常用的低通滤波器，滤除噪声信号中的高频部分。
进一步的，所述能量判断单元包括：高通滤波器、能量统计模块和门限判决模块；
所述高通滤波器滤波将输入的所述噪声信号进行滤波，得到高频滤波信号，并输入到所述能量统计模块，所述能量统计模块对所述高频滤波信号进行能量统计，并送入所述门限判决模块，所述门限判决模块判断所述噪声信号的能量，并与所述预设门限进行比较，将满足门限要求的所述噪声信号送入所述第一滤波单元。
满足门限要求的噪声信号，其超声频段里的信号能量低，可直接送入第一滤波单元，不影响降噪的性能。
因此通过FIR滤波器和IIR滤波器的共同滤波，改变了噪声信号采样率，有助于对降噪滤波器的细节调控，达到更好的降噪效果，降低延迟和资源消耗。
第二方面，本申请实施例提供一种降噪耳机，包括：主动降噪系统、声音采集模块和声音输出模块；
所述声音采集模块用于采集所述噪声信号并输入到所述主动降噪系统中，所述声音输出模块用于输出所述主动降噪系统降噪处理后的所述噪声信号。
进一步地，所述声音采集模块包括：前馈式降噪麦克风或者反馈式降噪麦克风。
通过主动降噪系统，FIR滤波器和IIR滤波器的共同滤波、调控，降低延迟，使耳机的降噪性能更好，损耗更小。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，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实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种主动降噪系统的结构框图；
图2为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的结构框图；
图3为本申请实施例提供的一种主动降噪系统的电路示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图；
图9为本申请实施列提供的一种降噪耳机的原理图。
具体实施方式
目前，降噪耳机分为主动式降噪和被动式降噪两种。被动式降噪耳机利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开，主要通过隔声材料阻挡噪声，对高频率声音非常有效，一般可使噪声降低大约为15-20dB。这种方法原理简单，降噪成本低，但效果略为逊色，且由于使用了高密度的隔声材料，耳机较重佩戴不舒服。
我们可以看见的大多数便携式隔音耳机产品都是这种被动式降噪方式，入耳式耳塞和封闭式耳机能够在一定程度上隔离噪音，但却没有办法来中和噪声达到安静的聆听效果。被动降噪的优势是降噪空间大，对于高频信号的隔绝效果好，比如公路旁边的隔音板。但是，对于小空间的低频噪声来说，像空调工作噪声、飞机发动机噪声等噪音则效果大打折扣。
主动降噪耳机除使用隔声材料，耳机内部还设有音频处理电路，可对部分低频信号进行消减，因此降噪效果比被动式耳机要好。所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反，相差180°，就可以将这部分噪声完全抵消掉，故主动降噪耳机的应用更广泛。
图1为本申请实施例提供的一种主动降噪系统的结构框图，包括：能量判断单元10、第一滤波单元11和IIR滤波器12。
能量判断单元10用于判断噪声信号是否满足预设门限要求，若超声频段内的信号能量低于预设的门限值，即超声频段里的信号能量低，这部分信号混叠到低频时再抽取信噪比仍足够，不影响降噪的性能，则将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元11。
能量判断单元10包括：高通滤波器，能量统计模块和门限判决模块。
模数转换器将模拟噪声信号转换为数字噪声信号，将转换后的数字噪声信号输入到高通滤波器滤波，高通滤波器滤除数字噪声信号中的低频信号得到高频滤波后的噪声信号。
高通滤波器将高频滤波后的噪声信号输入到能量统计模块，能量统计模块对高频滤波信号进行能量统计，并将能量统计后的噪声信号送入门限判决模块，门限判决模块判断所述噪声信号的能量是否满足预设门限要求，将低于门限要求的噪声信号送入所述第一滤波单元11。
第一滤波单元11包括下采样模块、FIR滤波器和上采样模块，下采样模块用于对所述噪声信号进行抽取采样，获得下采样后的噪声信号，通过下采样减少抽样率以去掉过多数据，原始信号的频谱被周期拓展，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器工作在较低采样率下。
下采样就是对信号进行抽取，对于一个样值序列，间隔几个样值取样一次，这样得到的新序列就是原序列的下采样。通过下采样可以在传输的过程中减少传输的数据量，进行抽取时，原始信号的频谱被周期拓展，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号。
FIR滤波器为有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。
FIR滤波器对所述下采样后的噪声信号滤波，对低频信号进行匹配增益和相位响应调控，减少延迟和消耗，并将滤波后噪声信号送入上采样模块进行上采样操作，将信号恢复成原始抽样率信号，获得第一滤波信号，并将所述第一滤波信号发送至所述IIR滤波器12。
IIR滤波器12对第一滤波信号再次滤波，得到第二滤波信号。
上采样是下采样的逆过程，也称增取样或内插，如果这些序列原先是以奈奎斯特频率对连续时间信号取样得到的，那么在进行频分多路利用之前必须对它们进行上采样，插值也会让频谱周期拓展。但由于输出信号点数增多，所以频率分量只是周期存在，不会发生混叠，不会提高频率分辨率，补0达到频谱改善的效果，做到插值的作用，提高信号的采样率。
IIR滤波器12的单位脉冲响应为无限长，网络中有反馈回路，幅频特性精度很高，不是线性相位的，可以应用于对相位信息不敏感的音频信号上。FIR滤波器的幅频特性精度比IIR滤波器12低，但是线性相位，不同频率分量的信号经过FIR滤波器后的时间差不变，也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小。有很多性能优良的典型滤波器可供选择，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等。
因此通过第一滤波单元11和IIR滤波器12，改变了信号的采样率，实现FIR滤波器和IIR滤波器12的共同滤波，调控，有助于降噪滤波器的细节调控，达到更好的降噪效果。
进一步地，所述系统，还包括前低通滤波器和后低通滤波器；
前低通滤波器设置在所述能量判断单元和所述第一滤波单元之间，后低通滤波器设置在所述上采样模块和所述IIR滤波器之间。
能量判断单元还用于在判断所述噪声信号不满足门限要求时，将所述噪声信号发送给前低通滤波器，所述前低通滤波器将输入的噪声信号先进行滤波后，滤除混叠到低频信号中的高频信号，再送入第一滤波单元。
后低通滤波器用于接收所述上采样模块输出的第一滤波信号，第一滤波信号中的部分低频信号在上采样后会拓展到高频，通过低通滤波器滤除这部分高频信号，再通过IIR滤波器12，从而调节调控噪声信号，削弱噪声输入信号。
低通滤波器容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过，有许多不同的形式，其中包括电子线路(如音频设备中使用的hiss滤波器)、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动，保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
图2为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的结构框图，将噪声信号分成a、b两路，a路的噪声信号直接输入到IIR滤波器22中进行滤波，得到第三滤波信号，b路的噪声信号输入能量判断单元20中，能量判断单元20用于判断噪声信号是否满足预设门限要求，若超声频段内的信号能量低于预设的门限值，则将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元21，应当说明的是，本申请实施例中的IIR滤波器22和实施例1中的IIR滤波器12相同。
第一滤波单元21包括下采样模块、FIR滤波器和上采样模块，所述下采样模块用于对所述噪声信号进行抽取采样获得下采样后的噪声信号并送入FIR滤波器中滤波，获得滤波后的噪声信号，上采样模块对滤波后的噪声信号进行上采样操作，获得第四滤波信号。
将第三滤波信号和第四滤波信号通过加法器23进行叠加后输出降噪后的噪声信号，实现FIR滤波器和IIR滤波器的共同作用，调控噪声信号，有助于降噪滤波器的细节调控，达到更好的降噪效果。
图3为本申请实施例提供的一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器302接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得。首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风301采集噪声信号并送入模数转换器302中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号，对所得的数字信号送入超声判断单元303，对数字信号超声频段内的能量值进行门限判断，提前预设一个门限值，将低于预设门限要求的声音信号送入抽取模块304。
通过抽取减少抽样率以去掉过多数据，在数字信号序列中隔N个点抽取一个点，降低采样率，原始信号的频谱被周期拓展，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器305工作在较低采样率下。
所述前馈式麦克风把麦克风设计在远离扬声器的耳机外侧，采集环境噪音，接收的是纯噪声，并不接收喇叭发出的声音，故系统为一个开环，不会引起任何的闭环震荡和啸叫，可以独立的调试电路，使降噪效果达到最佳。
所述反馈式麦克风把麦克风设计在远离使用者耳朵较近的地方，麦克风能准确地的听到将要进入耳朵的声音，有一个反馈回路用于迭代地从系统中去除噪声，低频性能好。
低采样率信号输入到FIR滤波器305中，进行匹配增益和相位响应调控，将所得第一滤波信号送入补零模块306，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
补零后将信号恢复成原始抽样率的信号，再送入IIR滤波器307中对时变的噪声输入信号进行跟踪，从而调节控制器，削弱噪声输入信号，再送入数模转换器308将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK309输出处理后的模拟噪声信号。
在高采样率的条件下，低阶数的FIR滤波器305无法精确调控低频信号，高阶数的FIR滤波器又会导致高延迟和高资源消耗，但是IIR滤波器307的相位特性很难控制，在针对滤波器的细节调控和自适应修改时局限很大。
通过抽取模块304，具体通过抽取采样，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号再通过FIR滤波器305，在调整特定频率的幅度和相位时会对其他频率产生影响，FIR滤波器的影响比IIR滤波器更容易控制，故先通过FIR滤波器调控后再送入IIR滤波器。
通过补零模块306，具体通过插值补零，将恢复成原始的高采样率信号再送入IIR滤波器中，使FIR滤波器和IIR滤波器共同作用，调控噪声信号。
图4为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器402接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得，首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风401采集噪声信号并送入模数转换器402中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号，将所得的数字信号送入超声判断单元403进行判断。
对不满足门限要求的数字信号送入低通滤波器404，滤除低频信号中混入的高频信号，只保留人耳能听见的低频部分，再送入抽取模块405，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器工作在较低采样率下。
低采样率信号输入到FIR滤波器406中进行滤波，进行匹配增益和相位响应调控，并将滤波后的噪声信号输入到补零模块407，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
补零后的得到的第一滤波信号的低频部分会拓展到高频，加低通滤波器408是为了滤除这部分高频信号，滤除高频信号后再输入到IIR滤波器409中，对时变的噪声输入信号进行跟踪，从而调节控制器，削弱噪声输入信号，再送入数模转换器410将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK411输出处理后的模拟噪音信号。
应当说明的是，本申请实施例中的模数转换器402、超声判断单元403、抽取模块405、FIR滤波器406、补零模块407、IIR滤波器409及数模转换器410分别和实施例3中对应的模数转换器302、超声判断单元303、抽取模块304、FIR滤波器305、补零模块306、IIR滤波器307及数模转换器308相同。
图5为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器502接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得，首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风501采集噪声信号并送入模数转换器502中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号并直接送入低通滤波器503。
低通滤波器503滤除低频信号中混入的高频信号，只保留人耳能听见的低频部分，再送入抽取模块504，通过抽取减少抽样率以去掉过多数据，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器505工作在较低采样率下。
低采样率信号输入到FIR滤波器505中，进行匹配增益和相位响应调控，并将滤波后的噪声信号输入到补零模块407，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
补零后的得到的第一滤波信号的低频部分会拓展到高频，加低通滤波器507是为了滤除这部分高频信号，滤除高频信号后再输入到IIR滤波器508中，对时变的噪声输入信号进行跟踪，从而调节控制器，削弱噪声输入信号，再送入数模转换器509将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK510输出处理后的模拟噪音信号。
应当说明的是，本申请实施例中的模数转换器502、抽取模块504、FIR滤波器505、补零模块506、IIR滤波器508及数模转换器509分别和实施例3中对应的模数转换器302、抽取模块304、FIR滤波器305、补零模块306、IIR滤波器307及数模转换器308相同。
图6本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器602接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得。首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风601采集噪声信号并送入模数转换器602中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号。
将所得的数字信号分成c、d两路，将d路的数字信号直接送入IIR滤波器607中，IIR滤波器607对时变的噪声输入信号进行滤波并输出第三滤波信号。
将c路数字信号送入超声判断单元603，对数字信号超声频段内的能量值进行门限判断，提前预设一个门限值，当声音信号低于预设门限要求时,将低于预设门限要求的声音信号送入抽取模块604。
通过抽取减少抽样率以去掉过多数据，降低采样率，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器605工作在较低采样率下。
低采样率信号输入到FIR滤波器605中，进行匹配增益和相位响应调控并送入补零模块606输出第四滤波信号，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
将第三滤波信号和第四滤波信号通过加法器608进行叠加，将叠加后的噪声信号再送入数模转换器609将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK610输出处理后的模拟噪声信号。
应当说明的是，针对抽取模块604、FIR滤波器605，补零模块606的详细描述参见实施例1，此处不再赘述。
应当说明的是，本申请实施例中的模数转换器602、超声判断单元603、抽取模块604、FIR滤波器605、补零模块606、IIR滤波器607及数模转换器609分别和实施例3中对应的模数转换器302、超声判断单元303、抽取模块304、FIR滤波器305、补零模块306、IIR滤波器307及数模转换器308相同。
图7为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器702接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得，首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风701采集噪声信号并送入模数转换器702中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号。
将所得的数字信号分成e、f两路，将f路的数字信号直接送入IIR滤波器709中，IIR滤波器709对时变的噪声输入信号进行滤波并输出第三滤波信号。
将e路数字信号送入超声判断单元703，对数字信号超声频段内的，能量值进行门限判断，将不满足门限要求的数字信号送入低通滤波器704，低通滤波器704滤除低频信号中混入的高频信号，只保留人耳能听见的低频部分，再送入抽取模块705。
通过抽取减少抽样率以去掉过多数据，降低采样率，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器706工作在较低采样率下。
低采样率信号输入到FIR滤波器706中，进行匹配增益和相位响应调控并送入补零模块707输出第四滤波信号，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
将第三滤波信号和第四滤波信号通过加法器710进行叠加，将叠加后的噪声信号再送入数模转换器711将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK712输出处理后的模拟噪声信号。
应当说明的是，针对抽取模块705、FIR滤波器706，补零模块707的详细描述参见实施例1，此处不再赘述。
应当说明的是，本申请实施例中的模数转换器702、超声判断单元703、抽取模块705、FIR滤波器706、补零模块707、IIR滤波器709及数模转换器711分别和实施例3中对应的模数转换器302、超声判断单元303、抽取模块304、FIR滤波器305、补零模块306、IIR滤波器307及数模转换器308相同；本申请实施例中的加法器710和实施例6中加法器608相同。
图8为本申请实施例提供的另一种主动降噪系统的电路示意图，包括：主动降噪系统中的模数转换器接收噪声信号，可以理解的是，该噪声信号可以由麦克风采集获得，首先通过前馈式麦克风或者反馈式麦克风801采集噪声信号并送入模数转换器802中，将采集的噪声信号转化为相应的数字信号。
将所得的数字信号分成g、h两路，将h路的数字信号送入IIR滤波器808中，IIR滤波器808对时变的噪声输入信号进行滤波并输出第三滤波信号。
将g路的数字信号送入低通滤波器803滤除低频信号中混入的高频信号，只保留人耳能听见的低频部分，再送入抽取模块804，降低采样率，原始信号的频谱被周期拓展，将原始高采样率的信号转换成低采样率的信号，保证FIR滤波器工作在较低采样率下。
低采样率信号输入到FIR滤波器805中，进行匹配增益和相位响应调控并送入补零模块806输出第四滤波信号，通过补0做到插值的作用，在序列中补零，将信号还原至高采样率的信号，只改变采样率，达到频谱改善的效果，但不会提高频率分辨率，不会有真假数据。
将第三滤波信号和第四滤波信号通过加法器809进行叠加，将叠加后的噪声信号再送入数模转换器810将数字信号转化为模拟信号，通过扬声器SPK811输出处理后的模拟噪声信号。
应当说明的是，针对抽取模块804、FIR滤波器805，补零模块806的详细描述参见实施例1，此处不再赘述。
应当说明的是，本申请实施例中的模数转换器802、抽取模块804、FIR滤波器805、补零模块806、IIR滤波器808及数模转换器810分别和实施例3中对应的模数转换器302、超声判断单元303、抽取模块304、FIR滤波器305、补零模块306、IIR滤波器307及数模转换器308相同；本申请实施例中的加法器809和实施例6中加法器608相同。
图9为本申请实施例提供的一种降噪耳机的原理图，包括：主动降噪系统、声音采集模块和声音输出模块。
所述声音采集模块用于采集所述噪声信号并输入到所述主动降噪系统中，所述声音输出模块用于输出所述主动降噪系统降噪处理后的所述噪声信号。
首先将一路噪声信号通过x通路直接输出，另一路噪声信号通过y通路送入前馈式麦克风901采集，将采集后的噪声信号送入所述ANC主动降噪系统902进行降噪处理，调控后通过扬声器903输出，最后通过c通道输出。当a通路和c通路的噪声信号同时到达耳膜，幅度相同，相位相反时，便可以互相抵消，达到消除外部噪声的目的。
对一般的降噪系统，麦克风到扬声器的距离L约为15mm，声速为c＝340m/s，通过计算可得，声音从麦克风传播到扬声器的时间约44us，在降噪系统中整体计算时间必须小于44us才能实现降噪的功能，故主动降噪系统对延迟的要求很高。
综上所述，在本申请中通过第一滤波单元通过下采样模块降低噪声信号的采样率，输入到FIR滤波器中，能够对降噪滤波器进行细节调控，在图3的实施例中，对满足门限要求的信号直接抽取送入FIR滤波器，补零后直接送入IIR滤波器，不通过低通滤波器滤除混叠到低频信号中的高频信号，能够降低延迟，减少资源消耗。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。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，又例如，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通信接口，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。
另外，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。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动降噪系统，其特征在于，包括：
依次连接的能量判断单元、第一滤波单元和IIR滤波器；
其中：所述能量判断单元用于判断噪声信号是否满足预设门限要求，若满足，则将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元；
所述第一滤波单元包括下采样模块、FIR滤波器和上采样模块，所述下采样模块对所述噪声信号进行抽取采样，获得下采样后的噪声信号，所述FIR滤波器对所述下采样后的噪声信号滤波，获得滤波后的噪声信号，所述上采样模块对所述滤波后的噪声信号进行上采样操作，获得第一滤波信号，并将所述第一滤波信号发送至所述IIR滤波器；
所述IIR滤波器对所述上采样的噪声信号再次滤波，得到第二滤波信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量判断单元具体用于：
判断所述噪声信号的能量，低于预设门限值时，将所述噪声信号发送给所述第一滤波单元。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括前低通滤波器和后低通滤波器；
其中，所述前低通滤波器设置在所述能量判断单元和所述第一滤波单元之间；
所述后低通滤波器设置在所述上采样模块和所述IIR滤波器之间；
所述前低通滤波器将输入的噪声信号先进行滤波后，再送入所述第一滤波单元；
所述后低通滤波器用于接收所述上采样模块输出的第一滤波信号，并对所述第一滤波信号进行低通滤波后，送入所述IIR滤波器中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：模数转换器和数模转换器；
所述模数转换器与所述能量判断单元连接，用于将所述噪声信号的信号类型从模拟信号转换为数字信号，并将转换后的噪声信号输入到所述能量判断单元；
所述数模转换器与所述IIR滤波器连接，用于将所述第二滤波信号的信号类型从数字信号转换为模拟信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述FIR滤波器包括：
A/D转换器、FIR控制器、加法器、乘法器、累加器和D/A转换器；
其中：所述A/D转换器的输出端与所述FIR控制器的输入端连接；
所述FIR控制器的输出端分别与所述加法器的输入端和所述乘法器的输入端连接；
所述加法器的输出端与所述乘法器的输入端连接；
所述乘法器的输出端与所述累加器的输入端连接；
所述累加器的输出端与所述D/A转换器的输入端连接。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述前低通滤波器和所述后低通滤波器包括：巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量判断单元包括：高通滤波器、能量统计模块和门限判决模块；
所述高通滤波器输入的所述噪声信号进行滤波，得到高频滤波信号，并输入到所述能量统计模块；
所述能量统计模块对所述高频滤波信号进行能量统计，并将能量统计后的所述噪声信号送入所述门限判决模块；
所述门限判决模块判断所述噪声信号的能量，并与所述预设门限进行比较，将满足门限要求的所述噪声信号送入所述第一滤波单元。
8.一种降噪耳机，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的主动降噪系统、声音采集模块和声音输出模块；
所述声音采集模块用于采集所述噪声信号并输入到所述主动降噪系统中；
所述声音输出模块用于输出所述主动降噪系统降噪处理后的所述第二滤波信号。
9.根据权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述声音采集模块包括：前馈式降噪麦克风或者反馈式降噪麦克风。
10.根据权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述声音输出模块为扬声器。
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