CN115696110A - 音频设备和音频信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种音频设备和音频信号处理方法,该音频设备,包括:麦克风;扬声器,与所述麦克风连接;处理器,所述处理器与所述扬声器和所述麦克风连接,用于基于所述扬声器播放的第一音频信号和所述麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,并根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险。本申请中,相较于现有技术中需要在发生了啸叫后才能检测确定啸叫的方案,在实际发生啸叫前提前判断是否存在啸叫风险,实现对啸叫进行预测。
Description
技术领域
本申请涉及音频处理领域,具体而言,涉及一种音频设备和音频信号处理方法。
背景技术
随着技术的发展,个人声音放大器(Personal Sound Amplification Product,PSAP)得到广泛应用。个人辅听耳机中的PSAP系统通过麦克风采集音频信号,将音频信号放大后通过扬声器播放,从而起到助听的效果。然而,在一些场景中,当扬声器播放放大后的音频信号后,会被麦克风回采,声通路形成闭合回路,信号在声反馈回路中不断叠加放大形成正反馈,产生单频的啸叫。
为了解决啸叫问题,现有技术先进行啸叫检测,在检测到啸叫后,通过抑制手段对啸叫进行抑制。然而,在进行啸叫检测时,用户还是会听到高频啸叫声,从而影响用户使用体验。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种音频设备和音频信号处理方法,用以对啸叫进行预测,在实际发生啸叫前提前判断是否存在啸叫风险。
第一方面,本申请提供一种音频设备,包括:麦克风;扬声器,与所述麦克风连接;处理器,所述处理器与所述扬声器和所述麦克风连接,用于基于所述扬声器播放的第一音频信号和所述麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,并根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险;其中,所述啸叫特征包括反馈路径频响和\或泄漏量,所述反馈路径频响为所述扬声器和所述麦克风组成的反馈路径对应的频响,所述泄漏量用于表征所述第一音频信号和所述第二音频信号的相关性。
在上述方案中,相较于现有技术中需要在发生了啸叫后才能检测确定啸叫的方案,本申请实施例通过处理器获取扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号,根据第一音频信号和第二音频信号确定啸叫特征,并根据啸叫特征和啸叫阈值确定是否存在啸叫风险,在实际发生啸叫前提前判断是否存在啸叫风险,实现对啸叫进行预测。
在可选的实施方式中,当所述啸叫特征为反馈路径频响时,所述处理器用于:根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;根据所述残留误差信号、所述当前时刻的第一音频信号、所述当前时刻之前的多个第一音频信号及所述当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
在可选的实施方式中,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述处理器用于:当所述反馈路径频响与所述反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
在可选的实施方式中,所述啸叫特征阈值为泄漏量阈值,所述处理器用于:当所述泄漏量大于所述泄漏量阈值时,确定存在啸叫风险。
在可选的实施方式中,所述麦克风通过增益模块与所述扬声器连接,所述增益模块用于对所述第二音频信号进行增益,在确定存在啸叫风险后,所述处理器用于:降低所述增益模块的高频增益,以消除所述啸叫风险。
在上述方案中,处理器在确定音频设备存在啸叫风险时,降低增益模块的高频增益,进而可以提前抑制啸叫产生,使得音频设备不会产生啸叫,避免用户听到啸叫,提高了用户的体验。
在可选的实施方式中,所述音频设备为个人辅听耳机。
第二方面,本申请提供一种音频信号处理方法,所述方法包括:基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,其中,所述啸叫特征包括反馈路径频响和\或泄漏量,所述反馈路径频响为所述扬声器和所述麦克风组成的反馈路径对应的频响,所述泄漏量用于表征所述第一音频信号和所述第二音频信号的相关性;根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险。
在可选的实施方式中,当所述啸叫特征为反馈路径频响时,所述基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,包括:根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;根据所述残留误差信号、所述当前时刻的第一音频信号、所述当前时刻之前的多个第一音频信号及所述当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
在可选的实施方式中,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:当所述反馈路径频响与所述反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
在可选的实施方式中,当所述啸叫特征为泄漏量时,所述基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,包括:基于预设公式:确定所述泄漏量,其中,detVal为所述泄漏量,r(n)为所述第一音频信号,s(n)为所述第二音频信号,n为采样时刻。
在可选的实施方式中,所述啸叫特征阈值为泄漏量阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:当所述泄漏量大于所述泄漏量阈值时,确定存在啸叫风险。
在可选的实施方式中,所述麦克风通过增益模块与所述扬声器连接,所述增益模块用于对所述第二音频信号进行增益,在确定存在啸叫风险后,所述方法还包括:降低所述增益模块的高频增益,以消除所述啸叫风险。
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音频设备的结构框图;
图2为本申请实施例提供的一种反馈路径频响示意图;
图3为本申请实施例提供的一种音频信号处理方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参阅图1,图1为本申请实施例提供的一种音频设备的结构框图。该音频设备100具有PSAP系统,音频设备100可以是个人辅听耳机、蓝牙音箱等设备。
音频设备100包括麦克风101、扬声器102及处理器103。麦克风101用于采集外界的音频信号,将采集到的音频信号输入PSAP系统进行增益,增益后的音频信号通过扬声器102播放。
处理器103与麦克风101和扬声器102连接,处理器103获取扬声器102播放的第一音频信号和麦克风101采集的第二音频信号,根据第一音频信号和第二音频信号确定啸叫特征,并根据啸叫特征和啸叫阈值确定是否存在啸叫风险。需要说明的是,音频设备100存在啸叫风险表征音频设备100将要产生啸叫。
具体地,啸叫特征包括反馈路径频响和\或泄漏量。反馈路径频响为扬声器和麦克风组成的反馈路径对应的频响。泄漏量用于表征第一音频信号和第二音频信号的相关性。相应地,当啸叫特征为反馈路径频响时,啸叫阈值为反馈路径频响阈值;当啸叫特征为泄漏量时,啸叫阈值为泄漏量阈值。
可以理解,在一些实施例中,处理器103根据第一音频信号和第二音频信号可以确定反馈路径频响,并根据反馈路径频响和反馈路径频响阈值确定音频设备100是否存在啸叫风险。在另一些实施例中,处理器103根据第一音频信号和第二音频信号可以确定泄漏量,并根据泄漏量和泄漏量阈值确定音频设备100是否存在啸叫风险。在另一些实施例中,处理器103根据第一音频信号和第二音频信号可以确定反馈路径频响和泄漏量,并根据反馈路径频响和反馈路径频响阈值及泄漏量和泄漏量阈值,共同确定音频设备100是否存在啸叫风险。
以下分别对啸叫特征为反馈路径频响和啸叫特征为泄漏量进行介绍。
作为一种可选的实施方式,当啸叫特征为反馈路径频响时,处理器103根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;根据残留误差信号、当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
本申请实施例中,处理器103根据以下公式计算下一时刻的反馈路径信道:
其中,w(n+1)表示下一时刻的反馈路径信道,w(n)为当前时刻的反馈路径信道,用向量表示。w(n)=[w0(n),w1(n),w2(n),...,wL-1(n)]T,w0(n)为w(n)的一个元素。L为反馈路径信道的长度。R(n)=[r(n),r(n-1),...,r(n-L+1)]T,r(n)为当前时刻的第一音频信号,r(n-1),...,r(n-L+1)为当前时刻之前的多个第一音频信号。e(n)为残留误差信号,e(n)=s(n)-wT(n)R(n),s(n)为当前时刻的第二音频信号。μ为迭代步长系数,为一常数。n为当前采样时刻。
进一步地,在确定下一时刻的反馈路径信道后,对反馈路径信道进行FFT变换,并取绝对值,得到下一时刻的反馈路径频响:FFT(w(n+1))。进一步地,作为一种可选的实施方式,处理器103确定反馈路径频响后,将反馈路径频响与反馈路径频响阈值进行比较,当反馈路径频响与反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
本申请实施例中,反馈路径频响阈值为音频设备100处于正常工作状态(没有发生啸叫)时确定的反馈路径频响。
当用户用手捂住耳朵时,用户的手和耳朵形成一个相对密闭的空间,扬声器102播放的音频信号会被麦克风101再次采集,音频信号在声反馈回路中不断叠加放大形成正反馈,最终形成啸叫。如图2所示,图2为正常佩戴音频设备100时反馈路径频响和用户用手捂住耳朵时反馈路径频响。根据图2可知,当用户用手捂住耳朵时,音频设备100的反馈路径频响与正常佩戴音频设备100时反馈路径频响之间存在十分大的变化。
因此,将反馈路径频响阈值预先保存在处理器103中,处理器103根据上述方式实时计算确定各个时刻的反馈路径频响,并实时的将各个时刻的反馈路径频响与反馈路径频响阈值(正常佩戴音频设备100时反馈路径频响)进行比较,若某一时刻计算确定的反馈路径频响与反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,则确定存在啸叫风险。
其中,detVal为泄漏量,r(n)为第一音频信号,s(n)为第二音频信号,n为采样时刻。
本申请实施例中,处理器103会实时的采集扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号。每间隔预设时间,将采集到的多个第一音频信号和多个第二音频信号代入上述公式中,确定在该预设时间段内音频设备100的泄漏量。
根据啸叫产生的原理可知,若扬声器102播放的音频信号被麦克风101采集,通过PASP系统多次增益后,若不满足相位裕度和增益裕度的要求,即会产生啸叫。因此,分析一段时间内扬声器102播放的第一音频信号和麦克风101采集的第二音频信号的相关性,若二者的相关性较高,则说明扬声器102播放的音频信号泄漏到麦克风101的能量较大,即确定存在啸叫风险。
泄漏量阈值为预设确定的值。确定方式可以为:预先计算发生啸叫时音频设备100的泄漏量,将此时的泄漏量作为泄漏量阈值,并将泄漏量阈值预先保存在处理器103中。
在实际应用过程中,处理器103每间隔预设时间,将预设时间段内采集到的多个第一音频信号和多个第二音频信号代入上述公式中,确定在该预设时间段内音频设备100的泄漏量,并将泄漏量与泄漏量阈值进行比较,若泄漏量大于泄漏量阈值,则确定存在啸叫风险。
进一步地,音频设备100还包括增益模块104,麦克风101通过增益模块104与扬声器102连接。增益模块104用于对第二音频信号进行增益。处理器103在确定存在啸叫风险后,降低增益模块104的高频增益,以消除啸叫风险。
本申请实施例中,处理器103在确定存在啸叫风险时,降低增益模块104的高频增益,使得增益模块104降低对麦克风101采集的第二音频信号中的高频部分的放大,从而避免啸叫的发生。通过上述方式,在音频设备100将要产生啸叫时,降低增益模块的高频增益,避免啸叫的发生,使得音频设备不会产生啸叫,提高了用户的体验。
进一步地,处理器103降低增益模块104的高频增益后,当处理器103确定不存在啸叫风险后,恢复增益模块104的高频增益。
基于同一发明构思,请参阅图3,图3为本申请实施例提供的一种音频信号处理方法的流程图,该音频信号处理方法包括以下步骤:
步骤301:基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征。
步骤302:根据啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险。
作为一种可选的实施方式,当啸叫特征为反馈路径频响时,所述基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,包括:根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;根据残留误差信号、当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
作为一种可选的实施方式,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:当所述反馈路径频响与所述反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
作为一种可选的实施方式,当所述啸叫特征为泄漏量时,所述基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,包括:基于预设公式:确定所述泄漏量,其中,detVal为所述泄漏量,r(n)为所述第一音频信号,s(n)为所述第二音频信号,n为采样时刻。
作为一种可选的实施方式,所述啸叫特征阈值为泄漏量阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:当所述泄漏量大于所述泄漏量阈值时,确定存在啸叫风险。
作为一种可选的实施方式,所述麦克风通过增益模块与所述扬声器连接,所述增益模块用于对所述第二音频信号进行增益,在确定存在啸叫风险后,所述方法还包括:降低所述增益模块的高频增益,以消除所述啸叫风险。
可以理解,本申请提供的音频信号处理方法与本申请提供的音频设备对应,为使说明书简洁,相同或相似部分可以参照音频设备部分的内容,在此不再赘述。
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 (13)
1.一种音频设备,其特征在于,包括:
麦克风;
扬声器,与所述麦克风连接;
处理器,所述处理器与所述扬声器和所述麦克风连接,用于基于所述扬声器播放的第一音频信号和所述麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,并根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险;
其中,所述啸叫特征包括反馈路径频响和\或泄漏量,所述反馈路径频响为所述扬声器和所述麦克风组成的反馈路径对应的频响,所述泄漏量用于表征所述第一音频信号和所述第二音频信号的相关性。
2.根据权利要求1所述的音频设备,其特征在于,当所述啸叫特征为反馈路径频响时,所述处理器用于:
根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;
根据所述残留误差信号、所述当前时刻的第一音频信号、所述当前时刻之前的多个第一音频信号及所述当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
3.根据权利要求2所述的音频设备,其特征在于,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述处理器用于:
当所述反馈路径频响与所述反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
5.根据权利要求4所述的音频设备,其特征在于,所述啸叫特征阈值为泄漏量阈值,所述处理器用于:
当所述泄漏量大于所述泄漏量阈值时,确定存在啸叫风险。
6.根据权利要求1-5任一项所述的音频设备,其特征在于,所述麦克风通过增益模块与所述扬声器连接,所述增益模块用于对所述第二音频信号进行增益,在确定存在啸叫风险后,所述处理器用于:
降低所述增益模块的高频增益,以消除所述啸叫风险。
7.根据权利要求1所述的音频设备,其特征在于,所述音频设备为个人辅听耳机。
8.一种音频信号处理方法,其特征在于,所述方法包括:
基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,其中,所述啸叫特征包括反馈路径频响和\或泄漏量,所述反馈路径频响为所述扬声器和所述麦克风组成的反馈路径对应的频响,所述泄漏量用于表征所述第一音频信号和所述第二音频信号的相关性;
根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,当所述啸叫特征为反馈路径频响时,所述基于扬声器播放的第一音频信号和麦克风采集的第二音频信号确定啸叫特征,包括:
根据当前时刻的第一音频信号、当前时刻之前的多个第一音频信号、当前时刻的第二音频信号及当前时刻的反馈路径信道确定残留误差信号;
根据所述残留误差信号、所述当前时刻的第一音频信号、所述当前时刻之前的多个第一音频信号及所述当前时刻的反馈路径信道确定在下一时刻的反馈路径信道,并根据下一时刻的反馈路径信道确定下一时刻的反馈路径频响。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述啸叫特征阈值为反馈路径频响阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:
当所述反馈路径频响与所述反馈路径频响阈值的差值大于预设阈值时,确定存在啸叫风险。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述啸叫特征阈值为泄漏量阈值,所述根据所述啸叫特征与啸叫特征阈值确定是否存在啸叫风险,包括:
当所述泄漏量大于所述泄漏量阈值时,确定存在啸叫风险。
13.根据权利要求8-12任一项所述的方法,其特征在于,所述麦克风通过增益模块与所述扬声器连接,所述增益模块用于对所述第二音频信号进行增益,在确定存在啸叫风险后,所述方法还包括:
降低所述增益模块的高频增益,以消除所述啸叫风险。
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CN202211327963.3A CN115696110A (zh) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | 音频设备和音频信号处理方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115835092A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 南昌航天广信科技有限责任公司 | 一种音频扩音反馈抑制方法、系统、计算机及存储介质 |
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- 2022-10-27 CN CN202211327963.3A patent/CN115696110A/zh active Pending
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