CN114040287B - 对耳机主动降噪的方法、主动降噪系统以及耳机 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种对耳机主动降噪的方法、主动降噪系统以及耳机。该方法包括：为所述耳机设置多个前馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器；对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数；利用分别确定的滤波参数，来配置对应的各个前馈滤波器；对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合；以及将整合后的信号馈送到所述扬声器。能够针对不同佩戴方式对前馈滤波器配置进行方便且迅速的适应性调整，解决了不同耳机佩戴方式下的前馈降噪效果不稳定的问题。
Description
技术领域
本公开涉及耳机以及耳机的主动降噪方法，更具体地，涉及一种对耳机主动降噪的方法、与耳机兼容的主动降噪系统和具备主动降噪功能的耳机。
背景技术
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机已成为人们必不可少的生活用品。带有主动噪声抑制功能的耳机能够使得用户在机场、地铁、飞机、餐厅等各种嘈杂环境下享受到舒适的降噪体验，其越来越多地受到市场和客户的广泛认可。然而，不同的耳机佩戴方式会严重影响到现有的耳机的噪声抑制功能，给用户带来了不够理想的使用体验。
由于用户的耳机佩戴方式不同，造成耳机的传输函数变化比较大，这就使得前馈降噪效果很不稳定。因此主要依赖于反馈滤波器来降噪，其降噪带宽比较窄，效果比较差。
发明内容
提供了本公开以解决现有技术中存在的上述问题。
本公开旨在提供一种主动降噪方案，包括用于实现该方案的方法、系统和耳机，设计了多个前馈降噪通路，能够针对不同佩戴方式对前馈滤波器配置进行方便且迅速的适应性调整，解决了不同耳机佩戴方式下的前馈降噪效果不稳定的问题，从而确保耳机的主动降噪效果，并提升用户的听音体验。
根据本公开的第一方案，提供了一种对耳机主动降噪的方法.所述耳机包括扬声器，.所述方法包括：为所述耳机设置多个前馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器；对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数；利用分别确定的滤波参数，来配置对应的各个前馈滤波器；对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合；以及将整合后的信号馈送到所述扬声器。
根据本公开的第二方案，提供了一种主动降噪系统，应用于耳机，所述耳机包括扬声器，所述主动降噪系统包括：为所述耳机设置的多个前馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器；处理器，其配置为：对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数；以分别确定的滤波参数来配置对应的各个前馈滤波器；以及对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合，其中，整合后的信号馈送到所述扬声器。
根据本公开的第三方案，提供一种耳机。该耳机至少包括扬声器和如上所述的主动降噪系统。
上述耳机通过多个相互独立的前馈降噪通路，并将进入各个前馈降噪通路的信号整合后送到扬声器，使得包括麦克风在内的主动降噪系统通路噪底，由于随机噪声多路平均的处理，得到降低，信噪比得到有效地提高。并且也可以降低对前馈麦克风的高信噪比（例如69dB)的要求，降低成本。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示出了根据本公开实施例的对耳机主动降噪的方法的流程图；
图2（a）示出了根据本公开实施例的一种耳机的立体结构示意图；
图2（b）示出了根据本公开实施例的一种耳机的左视图；
图3示出了根据本公开实施例的一种半入耳式耳机的立体结构示意图；
图4（a）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图；
图4（b）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图；
图5（a）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图；
图5（b）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图；
图6示出了根据本公开实施例的确定前馈滤波器的滤波参数的流程图；
图7示出了根据本公开实施例的主动降噪系统的硬件框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
图1示出了根据本公开实施例的对耳机主动降噪的方法的流程图。所述耳机包括扬声器，如图1所示，所述方法始于步骤S100，为所述耳机设置多个前馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器。其中，前馈麦克风用于采集环境噪声信号，前馈滤波器用于对环境噪声信号进行滤波处理。
注意，在本公开实施例中，可以根据不同类型的耳机，合理地设置其各个前馈降噪通路。例如，图2（a）示出了根据本公开实施例的一种耳机的立体结构示意图。图2（a）所显示的是一种耳罩式耳机，该耳机200主要包括耳机本体201、耳罩202以及支架203，左右两个本体201的外侧分别设置所述耳罩202，左右两个耳罩202通过支架203连接。图2（b）示出了根据本公开实施例的一种耳机的左视图。如图3所标识的204是前馈麦克风的安装点位。多个前馈麦克风优选为均匀阵列布局。由于耳罩式耳机空间位置相对较大，因此可以阵列的前馈麦克风数量选择范围较大。比如，可以是3个或者4个或8个等等。图3所显示的是当设置4个前馈麦克风时，前馈麦克风的安装点位分别布局在耳罩202的四角处。以此来采集多方位的环境噪声。
本公开实施例还考虑到，在应用于半入耳式耳机或者入耳式耳机时，由于该类耳机的本身尺寸较小，应当如何为对应的耳机设置多个前馈降噪通路。图3示出了一种半入耳式耳机的立体结构示意图。该半入耳式耳机300包括耳机外壳301，耳机外壳301上标记有一个前馈麦克风的安装点位302。在耳机尺寸较小，空间不足时，在现有耳机外部安装一个前馈麦克风，形成一个前馈降噪通路。同时，一般耳机通常具有语音麦克风，将其对应的语音麦克风匹配设计一个前馈滤波器，形成另一个前馈降噪通路，以此来为耳机设置多个前馈降噪通路。需要注意的是，语音麦克风是在行使其原本具有的通话功能的前提下，新增一个采集环境噪声的功能。使得在原有耳机功能不变的情况下，增加主动降噪效果，提升用户的听音体验。
接着，在步骤S200，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数。本文中的技术术语“滤波参数”，其包括但不限于滤波器的类型、阶数、滤波系数、滤波曲线、增益等。
步骤S300，利用分别确定的滤波参数，来配置对应的各个前馈滤波器。
最后步骤S400，对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合；以及将整合后的信号馈送到所述扬声器。由于前馈降噪通路本身的底噪是随机噪声，N路随机噪声相加，噪底只增加√N倍，而进入各个通路的信号相加后，信号增强N倍。因此整体信噪比提升20log10（√N），且有助于降低ANC的系统底噪，并且也可以降低对前馈麦克风的高信噪比（例如69dB)的要求，降低成本。
图4（a）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图，如图4（a）所示，其示出了具有四个前馈降噪通路时的流程图。可以理解的，本领域技术人员可以根据实际需求，选择不同个数的前馈降噪通路，例如，可以是两个、四个、八个、十个等等。本实施例对此不作具体限制。当具有四个前馈降噪通路时，第一前馈麦克风401、第二前馈麦克风402、第三前馈麦克风403、第四前馈麦克风404分别采集不同方位的环境噪声信号，然后将不同方位的环境噪声信号分别馈送到第一下采样滤波器405，第二下采样滤波器406，第三下采样滤波器407，第四下采样滤波器408。其中各个下采样滤波器的频率可以根据实际需求来限定。考虑到不同的耳机佩戴方式会造成前馈滤波器的中低频降噪效果不稳定，因此，本公开实施例将各个下采样滤波器的感兴趣频段设置为100-500Hz。本实施例对具体的频段范围不作限制。经过各个下采样滤波器滤波后的声音信号被分别馈送到第一前馈滤波器409、第二前馈滤波器410、第三前馈滤波器411、第四前馈滤波器412，分别对各个声音信号进行滤波处理后，馈送至一个整合单元413，经过整合单元413处理后的信号通过数模转换器414转换为模拟信号后馈送到扬声器415，经由扬声器415播放，消除外部噪声影响，以实现主动降噪。在整个过程当中，分别由对应的前馈麦克风、下采样滤波器以及前馈滤波器形成一个前馈通路。多个前馈通路相互独立调节其滤波参数，并对多个前馈降噪通路的信号进行整合处理，以此提升整体信噪比，降低整体的底噪，提升主动降噪效果。
图4（b）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图，如图4（b）所示，其示出了具有四个前馈降噪通路时的流程图。可以理解的，本领域技术人员可以根据实际需求，选择不同个数的前馈降噪通路，例如，可以是两个、四个、八个、十个等等。本实施例对此不作具体限制。当具有四个前馈降噪通路时，第一前馈麦克风401、第二前馈麦克风402、第三前馈麦克风403、第四前馈麦克风404分别采集不同方位的环境噪声信号，然后将不同方位的环境噪声信号分别馈送到第一下采样滤波器405，第二下采样滤波器406，第三下采样滤波器407，第四下采样滤波器408。其中各个下采样滤波器的频率可以根据实际需求来限定。考虑到不同的耳机佩戴方式会造成前馈滤波器的中低频降噪效果不稳定，因此，本公开实施例将各个下采样滤波器的感兴趣频段设置为100-500Hz。本实施例对具体的频段范围不作限制。经过各个下采样滤波器滤波后的声音信号被分别馈送到第一前馈滤波器409、第二前馈滤波器410、第三前馈滤波器411、第四前馈滤波器412，分别对各个声音信号进行滤波处理后，分别馈送至第一数模转换414、第二数模转换器416、第二数模转换器417、第二数模转换器418，将各个通路的信号转换为模拟信号后，再分别馈送至一个整合单元413，经过整合单元413处理后的信号馈送到扬声器415，经由扬声器415播放，消除外部噪声影响，以实现主动降噪。
在一些实施例中，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数具体包括：对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，单独调试各自的前馈滤波器的滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。其中，各自的前馈滤波器的滤波参数是在不同的耳机佩戴方式下调试出来的，对不同的位置的前馈麦克风单独调试对应的前馈滤波器，使得用户在佩戴的时候能有一个相对平稳的降噪效果。由于每次开启一个前馈降噪通路独立地调节该通路的前馈滤波器的滤波参数，所以对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理，使得总体增益为各条通路的增益的平均值，避免总体增益过大。
在一些实施例中，在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试的其他前馈降噪通路，并为其中的前馈滤波器调试滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。例如，先让第一个前馈降噪通路以调好的滤波参数工作的同时，开启第二个前馈降噪通路进行滤波参数调节，然后，让第一个前馈降噪通路和第二个前馈降噪通路均以调好的滤波参数工作的同时，开启第三个前馈通路以进行滤波参数调节，以此类推。这种依序整合调节的方式，对于每条前馈降噪通路的滤波参数的调节都考虑到了整体的降噪效果，因此无需对各路出来的信号做平均处理。
由于每个人的耳朵外形和耳道差异，并且耳机的佩戴方式并不能在调试阶段完全涵盖。在通过上述方法进行降噪后，还存在部分降噪残留信号，为了提升用户体验，本公开实施例可以采用下述方法对降噪残留信号进行消除。
所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器， 在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定在环境噪声作用下，所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。反馈麦克风所获取的声音信号，是经过多个前馈降噪通路处理后的降噪残留信号，故而需要进一步去除这一段降噪残留信号。因此，在按照预设顺序启用各个前馈降噪通路的情况下，通过采集所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数，实时对各个通路的前馈滤波器的滤波参数进行调整，进一步消除降噪残留信号的干扰，提升主动降噪效果。由于每次开启一个前馈降噪通路独立地调节该通路的前馈滤波器的滤波参数，所以对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理，使得总体增益为各条通路的增益的平均值，避免总体增益过大。
在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，还可以确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数。从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数，可以表征经过多个前馈降噪通路处理后的降噪残留信号。因此可以基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。利用分别确定的滤波参数，来配置对应的各个前馈滤波器，由于每次开启一个前馈降噪通路独立地调节该通路的前馈滤波器的滤波参数，所以对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理，使得总体增益为各条通路的增益的平均值，避免总体增益过大。对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理后馈送到所述扬声器，通过所述扬声器播放后，可以实时的去除降噪残留信号的干扰，提升主动降噪效果。
下面将结合图5（a）和图5（b）进一步说明如何根据反馈降噪通路调节前馈降噪通路的滤波参数。
图5（a）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图，如图5（a）所示，其示出了具有四个前馈降噪通路时的流程图。可以理解的，本领域技术人员可以根据实际需求，选择不同个数的前馈降噪通路，例如，可以是两个、四个、八个、十个等等。本实施例对此不作具体限制。当具有四个前馈降噪通路时，第一前馈麦克风501、第二前馈麦克风502、第三前馈麦克风503、第四前馈麦克风504分别采集不同方位的环境噪声信号，然后将不同方位的环境噪声信号分别馈送到第一下采样滤波器505，第二下采样滤波器506，第三下采样滤波器507，第四下采样滤波器508。其中各个下采样滤波器的频率可以根据实际需求来限定。考虑到不同的耳机佩戴方式会造成前馈滤波器的中低频降噪效果不稳定，因此，本公开实施例将各个下采样滤波器的感兴趣频段设置为100-500Hz。本实施例对具体的频段范围不作限制。经过各个下采样滤波器滤波后的声音信号被分别馈送到第一前馈滤波器509、第二前馈滤波器510、第三前馈滤波器511、第四前馈滤波器512，分别对各个声音信号进行滤波处理后，馈送至一个处理单元513，经过处理单元513处理后的信号通过数模转换器514转换为模拟信号后馈送到扬声器515，经由扬声器515播放，消除外部噪声影响，以实现主动降噪。在多个前馈降噪通路的处理过程中，还会存在部分降噪残留信号。因而设置了反馈降噪通路，反馈降噪通路包括设置在耳内的反馈麦克风516，第五下采样滤波器517以及反馈滤波器518，反馈麦克风516用于实时采集降噪残留信号，采集得到的降噪残留信号被馈送至第五下采样滤波器517，提取感兴趣频段后，被馈送至反馈滤波器518进行滤波处理后，馈送至处理单元513，处理单元513获取经过反馈降噪通路处理得到的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。在确定了对应的前馈滤波器的滤波参数后，对应的前馈降噪通路按照上述路线进行工作后，降噪残留信号能够被大大减弱，提升主动降噪效果，使用户获得更优良的听音体验。
图5（a）所示的耳机的主动降噪方法的流程图中，各个前馈降噪通路的信号是经过前馈降噪通路处理后，再经过整合单元处理馈送至一个数模转换器中进行处理。但本公开实施例中，各个前馈降噪通路中还可以分别包括一个数模转换器，即经过各个前馈降噪通路处理后出来的是一个模拟信号，各个模拟信号再经由整合单元处理后由扬声器播放。
图5（b）示出了根据本公开实施例的耳机的主动降噪方法的流程图，如图5（b）所示，当具有四个前馈降噪通路时，第一前馈麦克风501、第二前馈麦克风502、第三前馈麦克风503、第四前馈麦克风504分别采集不同方位的环境噪声信号，然后将不同方位的环境噪声信号分别馈送到第一下采样滤波器505，第二下采样滤波器506，第三下采样滤波器507，第四下采样滤波器508。其中各个下采样滤波器的频率可以根据实际需求来限定。考虑到不同的耳机佩戴方式会造成前馈滤波器的中低频降噪效果不稳定，因此，本公开实施例将各个下采样滤波器的感兴趣频段设置为100-500Hz。本实施例对具体的频段范围不作限制。经过各个下采样滤波器滤波后的声音信号被分别馈送到第一前馈滤波器509、第二前馈滤波器510、第三前馈滤波器511、第四前馈滤波器512，分别对各个声音信号进行滤波处理后，分别馈送至第一数模转换器514、第二数模转换器520、第三数模转换器521、第四数模转换器522，随后四路出来的模拟信号馈送至一个处理单元513，经过处理单元513处理后的信号馈送到扬声器515，经由扬声器515播放，消除外部噪声影响，以实现主动降噪。在多个前馈降噪通路的处理过程中，还会存在部分降噪残留信号。因而设置了反馈降噪通路，反馈降噪通路包括设置在耳内的反馈麦克风516，第五下采样滤波器517以及反馈滤波器518，反馈麦克风516用于实时采集降噪残留信号，采集得到的降噪残留信号被馈送至第五下采样滤波器517，提取感兴趣频段后，被馈送至反馈滤波器518进行滤波处理后，通过第五模数转换器519转换成模拟信号后，馈送至处理单元513。处理单元519获取经过反馈降噪通路处理得到的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。在确定了对应的前馈滤波器的滤波参数后，对应的前馈降噪通路按照上述路线进行工作后，降噪残留信号能够被大大减弱，提升主动降噪效果，使用户获得更优良的听音体验。
在一些实施例中，在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试好的其他前馈降噪通路。例如，采用本公开实施例所阐述的方法先调试好第一个前馈通路通路的前馈滤波器的滤波参数。例如，可以确定反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数，基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。例如，可以确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数，并基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。可以用所确定的前馈滤波器的滤波参数对前馈滤波器进行配置，来完成其调试工作。
先让第一个前馈降噪通路以调好的滤波参数工作的同时，开启第二个前馈降噪通路按照本公开实施例所述的方法进行滤波参数调节，然后，让第一个前馈降噪通路和第二个前馈降噪通路均以调好的滤波参数工作的同时，开启第三个前馈通路以进行滤波参数调节，以此类推。这种依序整合调节的方式，对于每条前馈降噪通路的滤波参数的调节都考虑到了整体的降噪效果，因此无需对各路出来的信号的做平均处理。
下面将进一步说明如何对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数。
具体来说，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，确定对应的前馈滤波器以当前滤波参数滤波后的第一信号和由所述反馈麦克风确定的第二信号；通过对所述第二信号与所述第一信号在时域上的采样值进行处理（例如但不限于相关处理），来确定监测量；基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数，使得所述监测量保持在预设范围内。
在一些实施例中，对所述第一信号进行带通滤波以提取关注频段的部分第一信号，对所述第二信号进行对应的带通滤波以提取关注频段的部分第二信号；对所述部分第二信号与所述部分第一信号在时域上的采样值进行处理（例如但不限于相关处理），来确定所述监测量。注意，本文中所述的关注频段具体指的是降噪效果不稳定的频段。例如，头戴式降噪耳机，由于耳机头本身比较大，每次佩戴的位置变动会相对大一些，造成耳机的传输函数变化比较大，这就使得前馈降噪中低频降噪效果不稳定。通过实验发现，受不同佩戴方式的影响，前馈降噪中低频降噪效果不稳定的频段集中在100-500Hz。故关注频段可以优选为100-500Hz。
在一些实施例中，所述监测量通过如下公式（1）来确定：
公式（1）
其中，detVal表示监测量，Noise_datai表示所述部分第一信号在第i个采样时间的采样值，Error_datai表示所述部分第二信号在第i个采样时间的采样值，下标i表示信号在时域上的时刻，*表示卷积运算。
采用公式（1）计算得到的监测量detVal为正，则表示前馈滤波器增益过大，且该值越大表示增益超过的越多。如果detVal为负，则表示滤波器增益过小，且该值的绝对值越大表示需要补偿的增益越多。因此，基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数，使得所述监测量保持在预设范围内可以是：在监测量为正的情况下，降低所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数；在监测量为负的情况下，增大所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数。
在一些实施例中，所述监测量的预设范围为零两侧的预设距离限定的范围，所述预设距离小于阈值。
图6示出了根据本公开实施例的确定前馈滤波器的滤波参数的流程图。如图6所示，一个前馈麦克风601加一个前馈下采样滤波器602和一个前馈滤波器603组成一个前馈降噪通路。一个反馈麦克风606加一个反馈下采样滤波器607和一个反馈滤波器608组成一个反馈降噪通路。其中，每个前馈麦克风601分别采集到一个环境噪声信号604，随后将环境噪声信号604依次馈送至前馈下采样滤波器602和前馈滤波器603分别进行下采样和前馈滤波处理后得到部分第一信号605，各个前馈降噪通路的部分第一信号605分别被馈送至监测单元609。反馈麦克风606采集到一个降噪残留信号610，随后将降噪残留信号610依次通过一个反馈下采样滤波器607和一个反馈滤波器608分别进行下采样和反馈滤波处理后得到部分第二信号611，部分第二信号611馈送至监测单元609。监测单元609实时采样部分第二信号611以及各个前馈降噪通路处理后的部分第一信号605，根据公式（1）计算得到监测量。在监测量为正的情况下，降低对应前馈降噪通路的前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数；在监测量为负的情况下，增大对应前馈降噪通路的前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数。增益的调整步长可以为固定值，实现实时逐步调整。
图7示出了根据本公开实施例的主动降噪系统的硬件框图。如图7所示，该主动降噪系统应用于耳机，所述耳机包括扬声器（未示出），所述主动降噪系统700包括：为所述耳机设置的多个前馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风701和前馈滤波器702；处理器703，其配置为：对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器702的滤波参数；以分别确定的滤波参数来配置对应的各个前馈滤波器702；以及对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合，其中，整合后的信号馈送到所述扬声器。
处理器703可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）等。更具体地，处理器703可以是复杂指令集计算（CISC）微处理器、精简指令集计算（RISC）微处理器、超长指令字（VLIW）微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。处理器703还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SoC）等。
处理器703可以通信地耦合到存储器并且被配置为执行存储在其上的计算机可执行指令，以执行根据本公开各个实施例的对耳机主动降噪的方法。根据本公开各个实施例的均衡控制单元可以实现为软件，可以实现为硬件，也可以实现为软件和硬件的组合。
具体说来，处理器703可以配置为进一步配置为:对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，单独调试各自的前馈滤波器702的滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。
在一些实施例中，对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合具体包括：对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理。
在一些实施例中，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，所述处理器703进一步配置为：在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定在环境噪声作用下，所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器702的滤波参数；和/或在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数；基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器702的滤波参数。在这种情况下，要对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理，以避免增益过大。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为：在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器702所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试的其他前馈降噪通路，并为其中的前馈滤波器702调试滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为：在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器702所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试好的其他前馈降噪通路，并以如下至少一种方式确定其中的前馈滤波器702的滤波参数。可以确定所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数，基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器702的滤波参数。也可以确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数，并基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器702的滤波参数。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为：对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，确定对应的前馈滤波器702以当前滤波参数滤波后的第一信号和由所述反馈麦克风确定的第二信号；通过对所述第二信号与所述第一信号在时域上的采样值进行处理，来确定监测量；基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器702的增益或选用合适的滤波器参数，使得所述监测量保持在预设范围内。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为：对所述第一信号进行带通滤波以提取关注频段的部分第一信号，对所述第二信号进行对应的带通滤波以提取关注频段的部分第二信号；对所述部分第二信号与所述部分第一信号在时域上的采样值进行处理，来确定所述监测量。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为通过如下公式（1）来确定所述监测量：
公式（1）
其中，detVal表示监测量，Noise_datai表示所述部分第一信号在第i个采样时间的采样值，Error_datai表示所述部分第二信号在第i个采样时间的采样值，下标i表示信号在时域上的时刻，*表示卷积运算。
在一些实施例中，所述处理器703进一步配置为：在监测量为正的情况下，降低所述前馈滤波器702的增益或选取合适的滤波器参数；在监测量为负的情况下，增大所述前馈滤波器702的增益或选取合适的滤波器参数。处理器703被配置为执行的各个方法步骤的有益效果在结合主动降噪方法的内容中已经详述，在此不赘述。
本公开实施例还提供了一种耳机。该耳机至少包括扬声器和根据本公开各个实施例的应用于耳机的主动降噪系统。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
Claims (15)
1.一种对耳机主动降噪的方法，所述耳机包括扬声器，其特征在于，所述方法包括：
为所述耳机设置多个前馈降噪通路和反馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器；所述反馈降噪通路依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器；
对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，确定对应的前馈滤波器以当前滤波参数滤波后的第一信号和由所述反馈麦克风确定的第二信号；
对所述第一信号进行带通滤波以提取关注频段的部分第一信号，对所述第二信号进行对应的带通滤波以提取关注频段的部分第二信号，所述关注频段指的是降噪效果不稳定的频段；
对所述部分第二信号与所述部分第一信号在时域上的采样值进行处理，来确定监测量；
基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器的增益或滤波器参数，使得所述监测量保持在零两侧的预设距离限定的范围，所述预设距离小于阈值；利用分别确定的滤波参数，来配置对应的各个前馈滤波器；
对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合；以
及
将整合后的信号馈送到所述扬声器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数具体包括：
对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，单独调试各自的前馈滤波器的滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件；
对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合具体包括：对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数具体包括如下的至少一种：
在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定在环境噪声作用下，所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；和/或
在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数；基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；
对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合具体包括：对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数具体包括：
在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试的其他前馈降噪通路，并为其中的前馈滤波器调试滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，对于各个前馈降噪通路，分别确定各自的前馈滤波器的滤波参数具体包括：
在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试好的其他前馈降噪通路，并以如下至少一种方式确定其中的前馈滤波器的滤波参数：确定所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数，基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；和/或确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数，并基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测量通过如下公式（1）来确定：
公式（1）
其中，detVal表示监测量，Noise_datai表示所述部分第一信号在第i个采样时间的采样值，Error_datai表示所述部分第二信号在第i个采样时间的采样值，下标i表示信号在时域上的时刻，*表示卷积运算。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数，使得所述监测量保持在预设范围内具体包括：
在监测量为正的情况下，降低所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数；
在监测量为负的情况下，增大所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数。
8.一种主动降噪系统，应用于耳机，所述耳机包括扬声器，其特征在于，所述主动降噪系统包括：
为所述耳机设置的多个前馈降噪通路和反馈降噪通路，各个前馈降噪通路依序至少包括分布在所述耳机的不同位置处的前馈麦克风和前馈滤波器；所述反馈降噪通路依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器；
处理器，其配置为：对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，确定对应的前馈滤波器以当前滤波参数滤波后的第一信号和由所述反馈麦克风确定的第二信号；
对所述第一信号进行带通滤波以提取关注频段的部分第一信号，对所述第二信号进行对应的带通滤波以提取关注频段的部分第二信号，所述关注频段指的是降噪效果不稳定的频段；
对所述部分第二信号与所述部分第一信号在时域上的采样值进行处理，来确定监测量；
基于所述监测量，来调整对应的前馈滤波器的增益或滤波器参数，使得所述监测量保持在零两侧的预设距离限定的范围，所述预设距离小于阈值；以分别确定的滤波参数来配置对应的各个前馈滤波器；以及对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合，其中，整合后的信号馈送到所述扬声器。
9. 根据权利要求8所述的主动降噪系统,其特征在于, 所述处理器进一步配置为:
对于各个前馈降噪通路，在环境噪声的作用下，单独调试各自的前馈滤波器的滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件；
对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合具体包括：对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理。
10. 根据权利要求8所述的主动降噪系统，其特征在于，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，所述处理器进一步配置为：
在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定在环境噪声作用下，所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数；基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；和/或
在单独调试各个前馈降噪通路的情况下，确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数；基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；
对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行整合具体包括：对来自各个前馈降噪通路的前馈降噪后的各路信号进行平均处理。
11.根据权利要求8所述的主动降噪系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：
在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试的其他前馈降噪通路，并为其中的前馈滤波器调试滤波参数，使得环境噪声经前馈滤波后与到达耳内的环境噪声在空中对消后残留的声音满足预定条件。
12.根据权利要求8所述的主动降噪系统，其特征在于，所述耳机还包括反馈降噪通路，其依序包含耳内的反馈麦克风和反馈滤波器，所述处理器进一步配置为：
在环境噪声的作用下，在让调试好了滤波参数的前馈滤波器所在的前馈降噪通路以调试好的滤波参数工作的同时，依序逐个地启用滤波参数未调试好的其他前馈降噪通路，并以如下至少一种方式确定其中的前馈滤波器的滤波参数：确定所述反馈麦克风获取的声音信号的时域和/或频域的特征参数，基于所确定的声音信号的时域和/或频域的特征参数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数；和/或确定从耳机的外部到耳内的传输路径的传递函数，并基于所确定的传输路径的传递函数，来确定对应的前馈滤波器的滤波参数。
13.根据权利要求8所述的主动降噪系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：
通过如下公式（1）来确定所述监测量：
公式（1）
其中，detVal表示监测量，Noise_datai表示所述部分第一信号在第i个采样时间的采样值，Error_datai表示所述部分第二信号在第i个采样时间的采样值，下标i表示信号在时域上的时刻，*表示卷积运算。
14.根据权利要求8所述的主动降噪系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：
在监测量为正的情况下，降低所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数；
在监测量为负的情况下，增大所述前馈滤波器的增益或选用合适的滤波器参数。
15.一种耳机，包括扬声器和根据权利要求8-14中任何一项所述的主动降噪系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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