CN115515040A - 一种主动降噪听音设备风噪优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种主动降噪听音设备风噪优化方法，包括：获取风噪检测结果；基于所述风噪检测结果，调整所述前馈麦克风或前馈降噪滤波器的增益值；基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。本申请实现了处理风噪过程的自动无缝切换，使佩戴者在听觉上无法感觉到主动降噪效果的变化。当检测到有风时，在较短时间内将前馈降噪的增益逐渐降低至零，或直接关闭前馈降噪。当检测到无风时，则将前馈降噪的增益从零逐级增加到正常设定值，使每级变化过程的降噪效果变化很小。

Description

一种主动降噪听音设备风噪优化方法及系统

技术领域

本发明涉及消费电子技术领域，特别涉及一种主动降噪听音设备风噪优化方法及系统。

背景技术

由于日常环境中的噪声污染问题严重，随着人们日益关注听力健康，主动降噪听音设备应用越来越广。当消费者乘坐各种交通工具或行走在城市马路边时，佩戴主动降噪听音设备可以帮助降低耳朵处听到的噪声，用较低的音量即可舒适地聆听音乐或通话，更好地保护消费者的听力健康。

当在有风环境中佩戴主动降噪听音设备时，前馈麦克风会受风噪影响，前馈麦克风信号含有风噪信号。前馈麦克风信号经过前馈滤波后反馈给喇叭，通过喇叭播放出与噪音相位相反的信号，从而实现前馈降噪功能，此时，由于前馈麦克风拾音孔结构处的不连续性，风吹过时由于湍流而在前馈麦克风中引入风噪，此风噪也通过前馈滤波处理而到达喇叭并被播放出来，进而被佩戴者听到；相比之下，当未进行前馈降噪处理时，并不会引入这部分由于麦克风结构不连续而产生的风噪。如此，前馈降噪开启时，外部的风噪会被引入听音设备内部，使佩戴者听到了更大的风噪声。用户体验表明，被前馈降噪引入的风噪明显大于前馈降噪关闭时的风噪，这成为主动降噪听音设备在有风环境中应用时的主要问题，即前馈主动降噪功能非但不能降低风噪，反而会将佩戴者听到的风噪放大。值得注意的是，由于前馈麦克风位于听音设备外部，而反馈麦克风在听音设备内部，风噪被放大是由前馈降噪所导致，反馈降噪一般并不会导致风噪被放大。

现有处理均根据检测到的风噪结果来调整前馈降噪增益或直接关闭前馈降噪，当检测到有风噪时，马上降低前馈增益或关闭前馈降噪；当检测到无风噪后，又立即增加前馈增益或重新打开前馈降噪。这会使佩戴者明显感觉到主动降噪效果的变化：当检测到有风噪后降噪效果变差，而当检测到无风噪后又感觉到降噪效果明显变强。特别地，当风噪时有时无的时候，佩戴者将明显感觉到降噪效果时而减弱，时而增强。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术存在的缺陷。

本申请提供了一种主动降噪听音设备风噪优化方法及系统，用于实现自动无缝切换，使佩戴者在听觉上无法感觉到主动降噪效果的变化。

第一方面，本申请提供了一种主动降噪听音设备风噪优化方法，所述主动降噪听音设备包括前馈麦克风，所述前馈麦克风的增益值包括第一增益值和第二增益值，其中，所述第一增益值包括零值增益值，所述第二增益值包括所述前馈麦克风正常工作时的增益值；其特征在于，所述风噪优化方法包括：获取风噪检测结果，包括第一状态和第二状态，其中，所述第一状态包括有风，所述第二状态包括无风；基于所述风噪检测结果，调整所述前馈麦克风的增益值；其中，当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值；当所述风噪检测结果变化为第二状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值逐级增加至所述第二增益值；基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

在一个可行的实施例中，提出了一种主动降噪听音设备风噪优化方法，以实现自动无缝切换，使佩戴者在听觉上无法感觉到主动降噪效果的变化。该方法基于主动降噪听音设备上的两个或多个麦克风信号来进行风噪检测，然后在检测到风噪状态变化时进行相应的状态调整。当初始状态为无风，而当前时刻检测到有风时，在较短时间内将前馈降噪的增益逐渐降低至零，或直接关闭前馈降噪。当初始状态为有风，而检测到无风时，则将前馈降噪的增益从零逐级增加到正常设定值，每次增大增益所引起的降噪效果变化保持在一个较小值，整个增益变化时间较长。每次增加增益后使前馈降噪增益保持在该值一定时间不变，亦可使增益连续变化但每次导致的降噪效果变化很小。

在一个可能的设计中，所述主动降噪听音设备还包括反馈麦克风、通话麦克风；所述获取风噪检测结果，包括：基于所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风，获取风噪检测结果。

在另一个可能的设计中，所述基于所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风，获取风噪检测结果，包括：获取所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风的信号数据；计算所述信号数据的统计关系和相关性，得到相关性的幅值和相位；基于所述相关性的幅值和相位，得到风力强度；基于所述风力强度，获取风噪检测结果。

在另一个可能的设计中，所述当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值，包括：当所述风噪检测结果变化为第一状态时，对所述前馈麦克风的增益值作处理：直接降低为第一增益值、或者在变化为第一状态后逐级降低为第一增益值、或者直接关闭所述前馈麦克风。

在另一个可能的设计中，所述预先设立的前馈增益表的设立过程包括：将初始场景设置为第二状态，所述前馈麦克风的增益值为第二增益值，测得所述第二增益值的第一总降噪曲线；将所述前馈麦克风的增益值减小到第三增益值，测量得到第二总降噪曲线；基于第一总降噪曲线和第二总降噪曲线，得到第一最大降噪量差异；判断所述第一最大降噪量差异是否小于最大降噪量差异要求值，满足则将所述第三增益值作为所述前馈增益表中的第一个值，不满足则改变所述第三增益值，进行最大降噪量差异的判断，直至满足所述最大降噪量差异要求值为止。

在另一个可能的设计中，所述从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值增加至第二增益值，包括：获取所述前馈麦克风的当前增益值；从预先设立的前馈增益表中获得大于等于当前增益值的增益值，组成增益值数组；按照所述增益值数组，逐级增加所述前馈麦克风的增益值，直至所述前馈麦克风的增益值等于第二增益值，其中，所述前馈麦克风的增益值每增加一次，需要按预设的时间段保持所述增益值。

在另一个可能的设计中，所述预先设立的前馈增益表的设立过程包括：获取所述前馈麦克风的第二增益值；对第二增益值和第一增益值之间按照预设的步长进行线性或者对数切割，得到N个增益值，N为大于零的整数；计算所述N个增益值的相邻两个增益值的总降噪曲线的第一最大降噪量差异，判断所述第一最大降噪量差异是否小于最大降噪量差异要求值，不满足则重新进行线性或者对数切割，其中，使用所述前馈增益表时，所述前馈麦克风的增益值每增加一次，不需要按预设的时间段保持所述增益值。

第二方面，本申请提供了一种无感切换的主动降噪听音设备风噪优化系统，基于所述的风噪优化方法，包括：获取风噪检测结果模块，用于获取风噪检测结果；前馈麦克风增益值调整模块，用于基于所述风噪检测结果，调整前馈麦克风的增益值；信号降噪模块，用于基于调整增益值后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

在一个可行的实施例中，所述获取风噪检测结果模块检测出风噪情况后，可根据风噪检测结果来对前馈降噪进行优化。当检测到有风时，开始在极短时间内将前馈降噪的增益从G0降低至零，或直接关闭前馈降噪。此后若一直处于有风状态，则保持前馈降噪的关闭状态，并同时进行实时风噪检测。当听音设备已处于有风的初始状态，前馈降噪处于关闭状态，即前馈增益等于零。此时，在检测到无风时，则开始将前馈降噪的增益按照增益表从零逐级增加到正常设定值。

在另一个可能的设计中，根据权利要求8所述的风噪优化系统，其特征在于，所述获取风噪检测结果模块，包括：信号获取模块，用于获取前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风的信号数据；相关性计算模块，用于计算所述信号数据的统计关系和相关性，得到相关性的幅值和相位；风力强度计算模块，用于基于所述相关性的幅值和相位，得到风力强度；结果判断模块，基于所述风力强度，获取风噪检测结果。

在另一个可能的设计中，所述前馈麦克风增益值调整模块，包括：有风状态处理模块，用于当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值；无风状态处理模块，用于当所述风噪检测结果变化为第二状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值逐级增加至所述第二增益值。

本申请提供了一种主动降噪听音设备风噪优化方法，所述主动降噪听音设备包括前馈麦克风，所述前馈麦克风的增益值包括第一增益值(对风噪的放大作用可以忽略不计的其他增益值)和第二增益值(工作增益值或者初始增益值)；所述风噪优化方法包括：获取风噪检测结果，包括第一状态(有风状态)和第二状态(无风状态)；基于所述风噪检测结果，调整所述前馈麦克风的增益值；基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。本申请提出了一种用于主动降噪听音设备的风噪优化方法，以实现自动无缝切换，使佩戴者在听觉上无法感觉到主动降噪效果的变化。该方法基于主动降噪听音设备上的两个或多个麦克风信号来进行风噪检测，然后在检测到风噪状态变化时进行相应的状态调整。当初始状态为无风，而当前时刻检测到有风时，在较短时间内将前馈降噪的增益逐渐降低至零，或直接关闭前馈降噪。当初始状态为有风，而检测到无风时，则将前馈降噪的增益从零逐级增加到正常设定值，每次增大增益所引起的降噪效果变化保持在一个较小值，整个增益变化时间较长。每次增加增益后使前馈降噪增益保持在该值一定时间不变，亦可使增益连续变化但每次导致的降噪效果变化很小。

附图说明

图1为本发明实施例的一种主动降噪听音设备风噪优化方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音设备风噪优化系统的组成示意图；

图3为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音设备的信号处理框图；

图4为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音的耳内残余噪声能量变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本技术领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

由于日常环境中的噪声污染问题严重，随着人们日益关注听力健康，主动降噪听音设备的应用越来越广。当消费者乘坐各种交通工具或行走在城市马路边时，佩戴主动降噪听音设备可以帮助降低耳朵处听到的噪声，用较低的音量即可舒适地聆听音乐或通话，更好地保护消费者的听力健康。

当在有风环境中佩戴主动降噪听音设备时，前馈麦克风会受风噪影响，前馈麦克风信号含有风噪信号。前馈麦克风信号经过前馈滤波后馈给喇叭，通过喇叭播放从而实现前馈降噪功能，此时，前馈麦克风中的风噪也通过前馈滤波处理而到达喇叭并被播放出来。如此，外部的风噪会被引入听音设备内部，使佩戴者听到了更大的风噪声。用户体验表明，被前馈降噪引入的风噪明显大于前馈降噪关闭时的风噪，这成为主动降噪听音设备在有风环境中应用时的主要问题，即前馈主动降噪功能非但不能降低风噪，反而会将佩戴者听到的风噪放大。值得注意的是，由于前馈麦克风位于听音设备外部，而反馈麦克风在听音设备内部，风噪被放大是由前馈降噪所导致，反馈降噪一般并不会导致风噪被放大。

本申请的前馈麦克风，也可以是前馈降噪滤波器。同理，反馈麦克风也可以是反馈降噪滤波器，通话麦克风也可以是通话降噪滤波器。

前馈式主动降噪耳机的外部传声器通常面向外部，通过耳机的透声孔收集外部的环境噪音。当外传声器收集到噪音信号后通过ANC控制电路将其传输给次级声源，没有反馈回路。不过它对于稳定的噪音会发挥岀良好的降噪效果，但是应用范围就会受到极大的限制，通常也只会出现在低端耳机产品之中。

反馈式主动降噪耳机的内传声器在耳机的内部，通常会置于耳道入口处。当内传声器收集到进入耳机的噪音后，会通过ANC降噪处理电路产生相位相反幅度相当频率相等的次级声信号，最后传输至次级声源，通过次级声源释放出相位相反的噪音，进而实现主动降噪操作。反馈式主动降噪耳机的内传声器通常会在次级声源附近，能够较为真实的反应出听觉附近所感受到的噪音，因此降噪的效果也会更好，只是内部的结构会相对复杂一些。

目前市场上的主动降噪耳机包括：单前馈、单反馈、前馈+反馈混合的三种降噪模式。本申请针对的是单前馈、前馈+反馈混合这两种降噪模式。

风由于空气流动所导致，有风环境包括自然刮风的场景，却不仅限于自然刮风场景。当佩戴者戴着主动降噪听音设备跑步、骑自行车或电动车等时，空气相对于佩戴者向后方运动，此时空气在前馈麦克风拾音结构处产生湍流，从而在前馈麦克风处产生风噪，佩戴者也会听到明显的风噪声。当佩戴者的运动速度越快，听到的风噪声也越强。同理，当佩戴者戴着主动降噪听音设备乘坐交通工具(如各种类型的车，小汽车或公共汽车等)，当车窗玻璃打开时，由于车以较快速度前进，相当于空气在以同等速度后退，亦会引入风噪。而由于交通工具的速度较快，此时引入的风噪也较大。

如上所述，当佩戴主动降噪听音设备在自然风场景、或在开阔环境中移动时，主动降噪功能尤其是其中的前馈降噪功能，会导致佩戴者的听音体验变差：听到被放大的风噪，在强风速或运动速度较快的场合，被放大的风噪甚至会导致佩戴者无法正常欣赏音乐或进行通话。

为了解决风噪问题，不少改善措施已被提出。首先是通过抗风噪结构设计来优化风噪性能。APPLE airpods pro的前馈麦克风采用较大的腔体，且腔体的网布具有多层错开的抗风噪结构；华为Freebuds pro选择将前馈麦克风的拾音孔设置为前后开孔，从而使流动空气穿堂而过，进而减少麦克风处的湍流。还有很多厂家通过调整前馈麦克风的拾音孔的开孔朝向，使其开孔朝后方或者顶部，而尽量不要将开孔朝向前方，这样可减弱运动时的风噪；同时，将听音设备上的麦克风拾音孔至前馈麦克风自身拾音孔的传播通道设置成拐角状或弧线状而非直线，也是一种常见的抗风噪结构设计。

然而，仅通过结构方面的抗风噪设计往往无法完全消除风噪被前馈降噪放大的问题，而且有些主动降噪听音设备由于外观以及结构体积的限制，难以在结构上进行有效的抗风噪设计，此时需要通过信号处理算法来进一步优化主动降噪时的风噪性能。或者概括性地根据风噪检测结果调用不同的前馈降噪参数；或者通过将提取的外部声音中的声纹信息与预存的风噪声纹信息数据库进行对比以检测和消除风噪。有的研究结合前馈麦克风和反馈麦克风信息来检测风噪并进而利用自适应算法对降噪信号进行自适应调整，甚至在有风时减弱降噪信号，根据风噪的幅值大小来调整降噪信号。有的研究利用分别位于两个耳机上的两个麦克风信号之间的相干性来进行风噪检测，并在检测到有风后降低前馈滤波器的增益或直接关闭前馈降噪功能。有的研究也在检测到有风时减小前馈降噪信号的能量或比重。有的研究利用内部反馈麦克风、外部前馈麦克风、加速度计信号来检测风噪，尤其是根据内外麦克风信号在低频部分的能量差异来检测风噪；并在检测到有风后降低前馈滤波器的低频增益，且当风增大时进一步降低前馈滤波器增益。

现有处理均根据检测到的风噪结果来调整前馈降噪增益或直接关闭前馈降噪，当检测到有风噪时，马上降低前馈增益或关闭前馈降噪；当检测到无风噪后，又立即增加前馈增益或重新打开前馈降噪。这会使佩戴者明显感觉到主动降噪效果的变化：当检测到有风噪后降噪效果变差，而当检测到无风噪后又感觉到降噪效果明显变强。特别地，当风噪时有时无的时候，佩戴者将明显感觉到降噪效果时而减弱，时而增强。

针对此问题，本文提出一种无缝切换的风噪优化方法，适用于具有主动降噪功能的耳机及其他听音设备。利用此方法来进行主动降噪的风噪优化，佩戴者即无风噪放大的不良体验，也不会感觉到降噪效果的突然变化。

本申请属于消费电子领域，适用于主动降噪听音设备，包括主动降噪耳机，以及具有主动降噪功能的其他辅听和助听设备。具体来说，适用于具有前馈降噪功能的主动降噪听音设备，针对其在有风场合或佩戴者运动导致的风噪场合所引起的风噪被放大的问题，进行优化处理，从而大大改善主动降噪听音设备在风噪场景下的用户使用体验。

图1为本发明实施例的一种主动降噪听音设备风噪优化方法的流程示意图。如图1所示，所述风噪优化方法，主要包括以下步骤：

步骤S110，获取风噪检测结果，包括第一状态和第二状态，其中，所述第一状态包括有风或者风量不可忽略，所述第二状态包括无风或者风量很小可以忽略；

步骤S120，基于所述风噪检测结果，调整所述前馈麦克风的增益值；其中，当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值；当所述风噪检测结果变化为第二状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值逐级增加至所述第二增益值；

步骤S130，基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

在步骤S110中，本申请对利用麦克风信号进行风噪检测的检测过程进行进一步说明。也采用其他方法进行风噪检测，获取风噪检测结果。

一个主动降噪听音设备包括1个外部麦克风(此处称之为前馈麦克风，Feedforward Microphone)和一个内部麦克风(此处称之为反馈麦克风，FeedbackMicrophone)以进行主动降噪处理。一个主动降噪听音设备也可能只包含其中的某一个麦克风，即只具有前馈降噪功能或只具有反馈降噪功能，当然，风噪的引入与前馈降噪有关。另外，为了在通话时为佩戴者提供更好的通话体验，一些听音设备会增加一个外部麦克风(此处称为通话麦克风，Talk Microphone)。通话麦克风与原有的外部前馈麦克风一起，构成麦克风阵列，提供更好的通话体验。

当因外界自然风或相对运动造成佩戴者周围空气流动时，空气流动在麦克风附近产生湍流，从而产生风噪；这部分风噪最初是被外部麦克风拾取，即前馈麦克风和通话麦克风，然后通过前馈降噪传递至听音设备内部，从而进入反馈麦克风，所以前馈麦克风和反馈麦克风中的风噪信号则具有较强的相关性。同时，也有部分低频风噪是直接以振动的方式进行的声传播，这部分风噪会直接到达听音设备内部和外部的麦克风处。但因湍流产生的风噪占主要部分，外部两个麦克风由于结构和所处位置均不同，因此产生的湍流也不相同，所以外部两个麦克风处的风噪信号彼此相关性弱。由此产生机理可知，外部两个麦克风处的风噪信号彼此相关性弱，而前馈麦克风和反馈麦克风中的风噪信号则具有较强的相关性。

本申请利用多种方法来进行风噪检测。

风噪检测方法之一：基于前馈麦克风和通话麦克风之间的统计关系来进行风噪检测。先计算两个外部麦克风信号的相关性，进而得到其幅值和相位。根据相关性的幅值大小以及其相位的统计特性，可检测区分有风、无风，并判断风力强度。相关性幅值越小，相位随机性越强，对应的风力越强。

风噪检测方法之二：结合一个外部麦克风和一个内部麦克风来进行，如前馈麦克风和反馈麦克风，或通话麦克风和反馈麦克风。如基于通话麦克风和反馈麦克风来进行风噪检测，则具体处理与风噪检测方法之一相同。如基于前馈麦克风和反馈麦克风来进行风噪检测，由于反馈麦克风中的风噪主要是由前馈降噪所引入，此时根据俩麦克风信号的相干性高低和能量差异来检测风噪，当相干性较高，取值接近于1，且能量差异较小时表示有风，否则表示无风；其中，不同频段的相干性高低可用于表征风噪强度。

风噪检测方法之三：同时利用三个麦克风的信号来进行风噪检测，即两个外部麦克风加一个内部的反馈麦克风。具体处理则结合风噪检测方法之一和风噪检测方法之二。

在步骤S120中，对调整所述前馈麦克风的增益值过程，进一步说明。

检测出风噪情况后，可根据风噪检测结果来对前馈降噪进行优化。当采用其他方法进行风噪检测，但使用下述方法进行前馈降噪优化的，仍属于对本申请的侵权行为。

对于具有前馈降噪功能的主动降噪听音设备，每个设备都存在一个对应的、在量产时已校准好的前馈增益，设该增益为G0。对于前馈麦克风中没有风噪的普通场景，前馈降噪处于正常开启状态，即前馈增益等于G0。假设检测到无风时，风噪标记值为0，检测到有风时风噪标记值为1。当检测到有风时，即风噪标记值上升沿时刻(即0到1产生的上升沿)，开始在极短时间内将前馈降噪的增益从G0降低至零，或直接关闭前馈降噪。此后若一直处于有风状态，则保持前馈降噪的关闭状态，并同时进行实时风噪检测。

当听音设备已处于有风的初始状态，前馈降噪处于关闭状态，即前馈增益等于0。此时，在检测到无风时，即风噪检测标记值的下降沿时刻(即1到0产生的上升沿)，则开始将前馈降噪的增益按照增益表从0逐级增加到正常设定值G0。前馈增益增大，将导致前馈降噪效果增强，从而使总降噪效果增强。增益表的设定遵循下述原则：1)每级前馈增益增大，所导致的降噪效果变化应保持在一个较小值(比如小于3dB)以使人耳在主观上察觉不到该变化；2)每次增大前馈增益后，使前馈增益保持在该增益值一定时间(从数毫秒到数秒不等)不变，以使人耳听力系统适应该增益值所对应的降噪状态，从而进一步更难以主观察觉到降噪效果的变化。

此外，在有风状态中检测到无风后，亦可将前馈增益进行线性或对数增加，每个增益值无需保持一定时间不变，而是在每帧处理时都将前馈增益增加一个小量，以确保前馈增益从0增大到G0的时间较长，持续数十秒，比如30s～60s。如此亦可使佩戴者无法察觉到降噪效果的变化，同时又对风噪性能进行了优化。

在步骤S130中，基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号，这里的信号经过喇叭播放后，使佩戴者即无风噪放大的不良体验，也不会感觉到降噪效果的突然变化。

图2为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音设备风噪优化系统的组成示意图。如图2所示，所述风噪优化系统，包括：获取风噪检测结果模块，用于获取风噪检测结果；前馈麦克风增益值调整模块，用于基于所述风噪检测结果，调整前馈麦克风的增益值；信号降噪模块，用于基于调整增益值后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

进一步地，所述获取风噪检测结果模块，包括：信号获取模块，用于获取前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风的信号数据；相关性计算模块，用于计算所述信号数据的统计关系和相关性，得到相关性的幅值和相位；风力强度计算模块，用于基于所述相关性的幅值和相位，得到风力强度；结果判断模块，基于所述风力强度，获取风噪检测结果。

进一步地，所述前馈麦克风增益值调整模块，包括：有风状态处理模块，用于当所述风噪检测结果变化为有风状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为零增益值。无风状态处理模块，当所述风噪检测结果变化为无风状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值增加至初始增益值。

实施例1

图3为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音设备的信号处理框图。如图3所示，本发明实施例以耳机为例，主要包括前馈麦克风1、通话麦克风2、反馈麦克风3、喇叭4，其中前馈麦克风1、通话麦克风2属于外部麦克风，反馈麦克风3属于内部麦克风。一个主动降噪听音设备结构如图3(此处以主动降噪耳机为例)所示，其包括1个外部麦克风(此处称之为前馈麦克风1，Feedforward Microphone)和一个内部麦克风(此处称之为反馈麦克风3，Feedback Microphone)以进行主动降噪处理。一个主动降噪听音设备也可能只包含其中的某一个麦克风，即只具有前馈降噪功能或只具有反馈降噪功能，当然，风噪的引入与前馈降噪有关。另外，为了在通话时为佩戴者提供更好的通话体验，一些听音设备会增加一个外部麦克风(此处称为通话麦克风2，Talk Microphone)。通话麦克风与原有的外部前馈麦克风一起，构成麦克风阵列，提供更好的通话体验。

如图3所示，本发明实施例的风噪检测方法为风噪检测方法之三，即同时利用三个麦克风的信号来进行风噪检测，即两个外部麦克风加一个内部麦克风进行风噪检测。检测方法之三的检测方法不在赘述。如图3所示，将风噪检测的结果，包括有风状态和无风状态，反馈至前馈麦克风1的主动降噪前馈控制器，调整所述前馈麦克风的增益值。将经过前馈麦克风1输出的信号输入主动降噪前馈控制器，将经过反馈麦克风3输出的信号输入主动降噪反馈控制器，对信号进行滤波处理，再将主动降噪前馈控制器和主动降噪反馈控制器的输出信号，输入至喇叭4进行播放与环境噪音相位反向的信号，释放掉噪音。

下面对确定前馈降噪增益表的过程进行详细说明。

示例性的，一个声学性能和降噪性能正常的听音设备个体A，其前馈降噪正常开启时对应的增益设定值假设为G′₀，测得此时该设备的总降噪曲线curve0。测量降噪量时，若该设备的降噪系统由多个分降噪系统组成，如前馈降噪和反馈降噪，则应同时开启所有分降噪系统。保持其他分降噪系统(若有的话)不变，以较小的步进减小前馈增益，假设前馈增益减小到G′₁(G′₁＜G′₀)，测量得到总降噪曲线curve1。在前馈降噪频率范围(以入耳式的主动降噪耳机为例，其前馈降噪频段主要在1kHz以下)内，对比curve1和curve0，两条曲线间的最大降噪量差异为ΔANR1，ΔANR1需较小，如小于3dB。则G′₁为设备A的增益表中的第一个值。假设设备A的前馈增益表中共有N个增益值，各增益值分别为G′_i,i＝1,2,3,...,N，按G′_i-1＞G′_i降序排列。G′_i和G′_i-1对应的总降噪曲线在前馈降噪频率范围内的最大差异满足ΔANRi<3dB。当i取不同值时，ΔANRi取值可能近似相等(如对于不同i值，ΔANRi≈1.5dB，i＝1,2,3,...,N)，也可能存在较大差异。

通过上述增益调整过程，确定了设备A的增益表G′_i,i＝1_,2,3,...,N。计算得到每次增益的步进值如公式(1)所示：

ΔG_i＝G′_i-1-G′_i,i＝1,2,3,...,N (1)

对于与设备A同型号的任一设备个体，其前馈降噪正常开启时对应的前馈增益仍设为G₀，G₀与G′₀的值可能不同。与设备A相同，前馈增益设定值为G0的此设备个体亦由N个增益值构成其增益表，设为G_i,i＝1,2,3,...,N，按降序排列。根据公式(1)中的步进增益值，计算得到此设备个体对应的各增益值，如式(2)所示：

G_i＝G_i-1-ΔG_i,i＝1,2,3,...,N (2)

当在有风状态过程中，前馈增益为0。检测到无风，即风噪检测标记值的下降沿时刻，开始从增益表中的最小值逐步增加前馈增益。具体而言，前馈增益逐步从G_N、G_N-1增大至G₁，再至G₀，且每个增益会保持一定时间不变。

图4为本发明实施例的一种无感切换的主动降噪听音的耳内残余噪声能量变化曲线图。如图4所示，本发明实施例仅举一个主动降噪耳机实例来进行说明(实际增益变化有多种具体情况，此处仅举一个具体实例)，其所对应的耳内残余噪声的强度变化如图4所示。本发明实施例的主动降噪耳机，若其前馈降噪最终在总降噪量中的贡献量为10dB，对应的前馈增益设定值为G₀。则先根据其降噪量的变化确定一个增益表，使得每次增益变化所引起的降噪量变化小于3dB，此处选择每次增益变化引起的降噪量变化为1dB，由此可确定增益变化表，其中包含10个增益值。

对应于图4，约在第14s前均处于无风状态，此时降噪效果处于正常状态，对应于最强降噪量，耳内残余噪声最弱，对应电信号约-56dBV。约第14～30s期间有风。检测到有风时，立即关闭前馈降噪，即将前馈增益马上降为0(也可以在较短时间内，比如30s内将前馈增益逐级降到0)。此时由于耳内都是风噪的能量，因此从残余噪声能量中并不能看到降噪效果变化。在第30s无风后，将前馈增益从0开始，根据增益表中的10个增益值，从小到大逐级增加到设定值G₀，且每个增益值保持4～5s时间不变。从图2中可看到，约从第30s后，残余噪声对应的电信号强度开始逐步减弱，即表示降噪效果逐步增强，且每次降噪效果变化后，均停留在一个固定状态保持4～5s不变。

此外，本发明实施例在有风状态中检测到无风后，亦可将前馈增益进行线性或对数增加，每个增益值无需保持一定时间不变，而是在每帧处理时都将前馈增益增加一个小量，以确保前馈增益从0增大到G₀的时间较长，持续数十秒，比如30s～60s。如此亦可使佩戴者无法察觉到降噪效果的变化，同时又对风噪性能进行了优化。

本发明实施例提出了一种用于主动降噪听音设备的风噪优化方法，以实现自动无缝切换，使佩戴者在听觉上无法感觉到主动降噪效果的变化。该方法基于主动降噪听音设备上的两个或多个麦克风信号来进行风噪检测，然后在检测到风噪状态变化时进行相应的状态调整。当初始状态为无风，而当前时刻检测到有风时，在较短时间内将前馈降噪的增益逐渐降低至零，或直接关闭前馈降噪。当初始状态为有风，而检测到无风时，则将前馈降噪的增益从零逐级增加到正常设定值，每次增大增益所引起的降噪效果变化保持在一个较小值，整个增益变化时间较长。每次增加增益后使前馈降噪增益保持在该值一定时间不变，亦可使增益连续变化但每次导致的降噪效果变化很小。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所以理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式之一而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动降噪听音设备风噪优化方法，所述主动降噪听音设备包括前馈麦克风，所述前馈麦克风的增益值包括第一增益值和第二增益值，其中，所述第一增益值包括零值增益值，所述第二增益值包括所述前馈麦克风正常工作时的增益值；

其特征在于，所述风噪优化方法包括：

获取风噪检测结果，包括第一状态和第二状态，其中，所述第一状态包括有风，所述第二状态包括无风；

基于所述风噪检测结果，调整所述前馈麦克风的增益值；其中，当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值；当所述风噪检测结果变化为第二状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值逐级增加至所述第二增益值；

基于增益值调整后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

2.根据权利要求1所述的风噪优化方法，其特征在于，所述主动降噪听音设备还包括反馈麦克风、通话麦克风；所述获取风噪检测结果，包括：

基于所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风，获取风噪检测结果。

3.根据权利要求2所述的风噪优化方法，其特征在于，所述基于所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风，获取风噪检测结果，包括：

获取所述前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风的信号数据；

计算所述信号数据的统计关系和相关性，得到相关性的幅值和相位；

基于所述相关性的幅值和相位，得到风力强度；

基于所述风力强度，获取风噪检测结果。

4.根据权利要求1所述的风噪优化方法，其特征在于，所述当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值，包括：

当所述风噪检测结果变化为第一状态时，对所述前馈麦克风的增益值作处理：直接降低为第一增益值、或者在变化为第一状态后逐级降低为第一增益值、或者直接关闭所述前馈麦克风。

5.根据权利要求1所述的风噪优化方法，其特征在于，所述预先设立的前馈增益表的设立过程包括：

将初始场景设置为第二状态，所述前馈麦克风的增益值为第二增益值，测得所述第二增益值的第一总降噪曲线；

将所述前馈麦克风的增益值减小到第三增益值，测量得到第二总降噪曲线；

基于第一总降噪曲线和第二总降噪曲线，得到第一最大降噪量差异；

判断所述第一最大降噪量差异是否小于最大降噪量差异要求值，满足则将所述第三增益值作为所述前馈增益表中的第一个值，不满足则改变所述第三增益值，进行最大降噪量差异的判断，直至满足所述最大降噪量差异要求值为止。

6.根据权利要求5所述的风噪优化方法，其特征在于，所述从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值增加至第二增益值，包括：

获取所述前馈麦克风的当前增益值；

从预先设立的前馈增益表中获得大于等于当前增益值的增益值，组成增益值数组；

按照所述增益值数组，逐级增加所述前馈麦克风的增益值，直至所述前馈麦克风的增益值等于第二增益值，其中，所述前馈麦克风的增益值每增加一次，需要按预设的时间段保持所述增益值。

7.根据权利要求1所述的风噪优化方法，其特征在于，所述预先设立的前馈增益表的设立过程包括：

获取所述前馈麦克风的第二增益值；

对第二增益值和第一增益值之间按照预设的步长进行线性或者对数切割，得到N个增益值，N为大于零的整数；

计算所述N个增益值的相邻两个增益值的总降噪曲线的第一最大降噪量差异，判断所述第一最大降噪量差异是否小于最大降噪量差异要求值，不满足则重新进行线性或者对数切割，其中，使用所述前馈增益表时，所述前馈麦克风的增益值每增加一次，不需要按预设的时间段保持所述增益值。

8.一种无感切换的主动降噪听音设备风噪优化系统，基于如权利要求1所述的风噪优化方法，其特征在于，包括：

获取风噪检测结果模块，用于获取风噪检测结果；

前馈麦克风增益值调整模块，用于基于所述风噪检测结果，调整前馈麦克风的增益值；

信号降噪模块，用于基于调整增益值后的所述前馈麦克风，得到风噪优化后的信号。

9.根据权利要求8所述的风噪优化系统，其特征在于，所述获取风噪检测结果模块，包括：

信号获取模块，用于获取前馈麦克风、反馈麦克风、通话麦克风中的两个及以上麦克风的信号数据；

相关性计算模块，用于计算所述信号数据的统计关系和相关性，得到相关性的幅值和相位；

风力强度计算模块，用于基于所述相关性的幅值和相位，得到风力强度；

结果判断模块，基于所述风力强度，获取风噪检测结果。

10.根据权利要求8所述的风噪优化系统，其特征在于，所述前馈麦克风增益值调整模块，包括：

有风状态处理模块，用于当所述风噪检测结果变化为第一状态时，将所述前馈麦克风的增益值降低为第一增益值；

无风状态处理模块，用于当所述风噪检测结果变化为第二状态时，从预先设立的前馈增益表中获得增益值数组，按照所述增益值数组，将所述前馈麦克风的增益值逐级增加至所述第二增益值。

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