CN115997251A - 声学信号处理装置、声音信号处理方法及程序 - Google Patents

声学信号处理装置、声音信号处理方法及程序 Download PDF

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Abstract

该声学信号处理装置包括：噪声消除处理单元，被设置用于多个麦克风中的每个麦克风，并且基于来自麦克风的输入音频信号生成用于消除噪声的信号；以及数字滤波器，用于处理外部输入信号。

Description

声学信号处理装置、声音信号处理方法及程序
技术领域
本公开涉及声学信号处理装置、声学信号处理方法和程序。
背景技术
已知在利用耳机装置再现音乐等时消除外部噪声的技术或者涉及所谓的噪声消除的技术(例如，参见专利文献1)。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]
日本专利公开第2007-25918号
发明内容
[技术问题]
在该领域中，期望可以消除泄漏到耳机装置中的外部噪声。
本公开的目的是提供一种用于有效地消除噪声的声学信号处理装置、声学信号处理方法和程序。
[问题的解决方案]
例如，本公开内容是一种声学信号处理装置，包括：噪声消除部，被设置用于多个麦克风中的每个麦克风并且根据从相应的麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号；以及数字滤波器，处理外部输入信号。
例如，本公开是一种声学信号处理方法，包括通过被设置用于每个麦克风的噪声消除部根据从多个麦克风中的对应一个麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号，并且通过数字滤波器处理外部输入信号。
例如，本公开内容是用于使计算机执行声学信号处理方法的程序，包括：通过被设置用于每个麦克风的噪声消除部生成用于消除根据从多个麦克风中的对应麦克风输入的声音信号的噪声的信号；以及通过数字滤波器处理外部输入信号。
附图说明
图1是描述典型的噪声消除耳机与噪声到达方向之间的关系的示图。
图2是当给出将在本公开中考虑的问题的解释时参考的示图。
图3是当给出由噪声提供的掩蔽效果使3D音频的再现性劣化的情形的解释时参考的示图。
图4是当给出实施方式的概要的说明时参考的示图。
图5是当给出实施方式的概要的说明时参考的示图。
图6是当给出实施方式的概要的说明时参考的示图。
图7是描绘了根据第一实施方式的耳机的配置示例的示图。
图8A和图8B是用于说明第二实施方式的概要的示图。
图9是描述根据第二实施方式的耳机的配置示例的示图。
图10是描述根据第二实施方式的分析部的配置示例的示图。
图11是用于说明要搜索的噪声到达方向的一个示例的示图。
图12是描述噪声到达方向估计部的具体配置示例的示图。
图13是描述噪声到达方向信息的一个示例的示图。
图14是示出最佳音频对象布置位置计算部的具体配置示例的示图。
图15是用于说明由声源方向决定部进行的声源决定处理的第一实施方式的流程图。
图16是用于说明由声源方向决定部进行的声源决定处理的第二示例的流程图。
图17A和图17B是在说明声源方向决定部进行的声源决定处理的第二示例时参照的图。
图18是用于说明由声源方向决定部进行的声源决定处理的第三示例的流程图。
图19A至图19D是说明由声源方向决定部进行的声源决定处理的第三实施方式时参照的图。
图20是在解释由最佳NC滤波器计算部执行的处理时参考的示图。
图21是描述根据第三实施方式的耳机的配置示例的示图。
图22是描述根据第三实施方式的智能电话的配置示例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图说明用于执行本公开的实施方式。应注意，将按照以下顺序给出解释。
<第一实施方式>
<第二实施方式>
<第三实施方式>
<变形例>
在下文中说明的实施方式等优选地举例说明了本公开。本公开不限于这些实施方式等。
<第一实施方式>
<发明>
首先，为了便于理解本发明，将说明本实施方式的概要，并且将说明本实施方式中要考虑的问题。
近年来，关于音乐再现，3D音频的耳机再现引起关注。与传统立体内容再现相比，由于可增强声源到达方向上的再现性，所以可实现给出更真实感的3D音频的耳机再现。如果在收听音频时环境噪声大，则3D音频的再现准确性由于环境噪声的掩蔽而劣化。为此，使用数字噪声消除(下文中适当地称为DNC)技术的再现是非常有效的。
图1是描绘典型的噪声消除耳机与噪声到达方向之间的关系的示图。在图1中，收听者L使用耳机1收听3D音频。耳机1的左壳体2和右壳体3分别配备有噪声消除麦克风LM和RM。在图1中，使用每个耳朵的一个麦克风来执行前馈噪声消除(在后文中适当地称为FFNC)。在图1中，每个正弦波形波形和箭头示意性地表示可从耳机1的周围环境侵入耳朵中的噪声。
在图1中描述的情况下，其中针对左侧和右侧中的每一个设置一个麦克风的配置对于来自左侧和右侧的噪声(例如，图1中的噪声N1和N2)非常有效。然而，在麦克风LM和RM完成收集噪声并且再现噪声消除信号之前，来自前后方向的噪声(例如，图1中的噪声N3至N6)到达每个耳朵的内部。因此，不能执行通过噪声消除系统使用合适的反相信号的噪声消除。前后方向的噪声消除效果比左右方向的噪声消除效果低。特别地，该影响在具有较短波长的较高频率下变得更显著。此外，由于实际噪声从任何方向到达，因此一般系统不能增强高频下的消除性能。
这里讨论通过图1中描述的系统再现3D音频的情况。如图2所示，当已经被处理为定位在收听者L的左前侧的音频对象AO叠加在抵消性能低的方向上时，音频对象AO被噪声掩蔽，因此，不能被精确地感知。此外，为了实现作为3D音频的特征的在三维方向上的感知，重要的是适当地再现头部传输特性，而不管音频对象AO是否叠加在噪声到达方向上。如果提供了图3中示出的作为低噪声消除效果的频率特性并且头部传输特性已经卷积的音频对象AO的高频范围的再现受到环境噪声的影响，则3D音频的再现性由于噪声的掩蔽效果而劣化。
鉴于上述问题，如图4所示，根据本实施方式的耳机1A配备有左壳体2A中的多个麦克风LM和右壳体3A中的多个麦克风RM。包括设置在外壳(耳机外壳)内部的反馈(FB)麦克风的多个麦克风收集环境噪声，并且通过在DNC滤波器块处对噪声执行信号处理来生成噪声消除信号。所生成的噪声消除信号以及音频信号从左和右耳机驱动器输出。
图5是描述了3D音频由应用了使用多个麦克风的多麦克风FFNC的系统再现的情况的示图。多麦克风FFNC系统可处理噪声方向性，所述噪声方向性已成为用于单麦克风FFNC的弱点，所述单麦克风FFNC在左侧和右侧中的每一者中使用一个麦克风。因此，即使当噪声从任何方向到达时，噪声通过FF麦克风收集并且在噪声泄漏到耳朵中之前再现反相信号，由此可消除泄漏噪声。由于可以鲁棒地消除来自任何方向的噪声，所以可以使消除效果的频带更高。
如图6所示，当通过多麦克风FFNC再现3D音频时，可稳健地处理噪声到达方向。因此，即使音频对象AO的布置位置叠加在噪声到达方向上，也可减小噪声掩蔽的影响，从而增强再现3D音频的精度。应注意，本公开对于单声道类型音频内容和立体声类型音频内容两者是有效的。
<声学信号处理装置的配置示例>
图7为描述根据本实施方式的声学信号处理装置的配置示例的示图。根据本实施方式的声学信号处理装置形成为耳机1A。耳机1A包括麦克风LM1至LMN、DNC滤波器11、麦克风LFB、DNC滤波器12、加法器部13、驱动器14、加法器部15、麦克风RM1至RMN、DNC滤波器21、麦克风RFB、DNC滤波器22、加法器部23、驱动器24、加法器部25、DNC滤波器22、数字滤波器31、数字滤波器32和控制部35。
作为外部输入信号的音频数据被提供给耳机1A。无线地或有线地提供音频数据。音频数据可以是音乐数据，或仅包括说话者的语音的数据。本实施方式将假定音频数据是3D音频的音乐数据MS来解释。应注意，音乐数据MS可以是单声道型音频数据或者可以是立体声型音频数据。此外，将在外部噪声N可侵入耳机1A的假设下给出解释。例如，外部噪声N是由移动体(诸如飞机或车辆)生成的噪声，或者是由空调等生成的噪声。
麦克风LM1至LMN(N表示可选的自然数)是FFNC麦克风，并且设置在耳机1A的左壳体2A中。另外，在不需要区别麦克风LM1至LMN的情况下，适当地称为麦克风LM。麦克风LM的数量和布置位置可被适当地确定，但是优选地，以使得可检测可从收听者L的周围环境侵入的外部噪声N的方式确定数量和位置。
 DNC滤波器11包括DNC滤波器111-11N(N表示可选自然数)。麦克风LM连接至相应的DNC滤波器11。例如，麦克风LM1连接至DNC滤波器111，麦克风LM2连接至DNC滤波器112。
当由驾驶员14输出的声音到达收听者的耳朵时，DNC滤波器11均消除外部噪声N，并生成噪声消除信号，噪声消除信号具有仅使收听者可听到的音频信号的声音的效果。即，每个DNC滤波器11生成具有到达收听者的耳朵的外部噪声N(由相应的麦克风LM收集的声音信号)的反相位的特性的噪声消除信号。DNC滤波器11将生成的噪声消除信号输出至加法器部13。
DNC滤波器11例如被形成为FIR(有限脉冲响应)滤波器或IIR(无限脉冲响应)滤波器。另外，在本实施方式中，可根据控制部35生成的控制参数来改变使用的DNC滤波器11和DNC滤波器11的滤波器系数。
麦克风LFB是设置在壳体2A中的反馈麦克风。麦克风LFB布置在驱动器14附近。
DNC滤波器12基于输入到麦克风LFB的声音信号生成用于消除外部噪声N的噪声消除信号。DNC滤波器12被形成为例如FIR滤波器或IIR滤波器。另外，虽然在本实施方式中滤波器系数是固定的，但是DNC滤波器12的滤波器系数可根据由控制部35生成的控制参数而改变。
加法器部13将由DNC滤波器11生成的噪声消除信号、由DNC滤波器12生成的噪声消除信号和由数字滤波器31处理的音乐数据MS相加。所得到的信号被提供给驱动器14。
驱动器14输出从加法器部13提供的音乐数据MS和噪声消除信号。从驱动器14输出的信号被提供给加法器部15。
加法器部15将音乐数据MS、噪声消除信号和外部噪声N相加。因此，外部噪声N已经被消除的音乐数据MS到达收听者的左耳。
麦克风RM1至RMN(N表示可选的自然数)是FFNC麦克风，并且设置在耳机1A的右外壳3A中。应当注意，在不必将麦克风RM1至RMN彼此区分的情况下，麦克风被适当地称为麦克风RM。麦克风RM的数量和布置位置可被适当地决定，但优选地，以使得可检测可从收听者L的周围环境侵入的外部噪声N的方式决定数量和位置。
DNC滤波器21包括DNC滤波器211至21N(N表示可选的自然数)。麦克风RM连接至相应的DNC滤波器21。例如，麦克风RM1连接到DNC滤波器211，并且麦克风RM2连接到DNC滤波器212。
当由驱动器24输出的声音到达收听者的耳朵时，DNC滤波器21各自消除外部噪声N，并生成噪声消除信号，噪声消除信号具有仅使音频信号的声音收听者可听到的效果。即，每个DNC滤波器21生成具有到达收听者的耳朵的外部噪声N(由相应的麦克风RM收集的声音信号)的反相位的特性的噪声消除信号。DNC滤波器21将生成的噪声消除信号输出至加法器部23。
DNC滤波器21例如被形成为FIR滤波器或IIR滤波器。另外，在本实施方式中，可根据控制部35生成的控制参数来改变使用的DNC滤波器21和DNC滤波器21的滤波器系数。
麦克风LRB是设置在外壳3A中的反馈麦克风。麦克风RFB被布置在驱动器24附近。
DNC滤波器22基于输入到麦克风RFB的声音信号生成用于消除外部噪声N的噪声消除信号。DNC滤波器22例如被形成为FIR滤波器或IIR滤波器。另外，虽然在本实施方式中滤波器系数是固定的，但是DNC滤波器22的滤波器系数可根据控制部35创建的控制参数而改变。
加法器部23将由DNC滤波器21生成的噪声消除信号、由DNC滤波器22生成的噪声消除信号和由数字滤波器32处理的音乐数据MS相加。所得到的信号被提供给驱动器24。
驱动器24输出从加法器部23提供的音乐数据MS和噪声消除信号。从驱动器24输出的信号被提供给加法器部25。
加法器部25将音乐数据MS、噪声消除信号和外部噪声N相加。因此，外部噪声N已经被消除的音乐数据MS到达收听者的右耳。
数字滤波器31和32各自处理外部输入信号(本实施方式中的音乐数据MS)。例如，数字滤波器31和32均具有改变通过A/D(模数)转换部(未示出)转换成数字形式的音乐数据MS的频率特性的均衡功能以及通过控制音频对象的延迟或相位而将音频对象定位在规定位置处的渲染功能。通过来自控制部35的控制参数定义诸如数字滤波器31和32的滤波器系数的滤波器特性。
控制部35通过生成并提供用于DNC滤波器11和21的控制参数来控制DNC滤波器11和21的操作。此外，控制部35通过生成和供应用于数字滤波器31和32的控制参数来控制数字滤波器31和32的操作。
在本实施方式中，麦克风LM、麦克风LFB、麦克风RM和麦克风RFB用作多个麦克风。此外，DNC滤波器11和12以及DNC滤波器21和22用作为每个麦克风设置的噪声消除部，并根据由对应的麦克风收集的输入声音信号生成用于消除噪声的信号。应注意，例如，耳机1A可包括用于调整声音的音量的增益调整部(未示出)。
<耳机的操作示例>
接下来，将解释耳机1A的操作示例。DNC滤波器11根据麦克风LM采集到的输入声音信号，生成用于抵消外部噪声N的降噪信号。DNC滤波器21根据麦克风RM采集的输入声音信号，生成用于消除外部噪声N的噪声消除信号。
噪声消除信号被添加到音乐数据MS。由此，外部噪声N被消除。因此，对应于外部噪声N已经被消除的音乐数据MS的声音被再现至收听者。
根据到目前为止说明的第一实施方式，多个麦克风设置在耳机的壳体中。因此，可有效地消除从任何方向到达的噪声。
<第二实施方式>
随后，对第二实施方式进行说明。应注意，在第二实施方式的说明中，与上述说明中相同或相似的部分由相同参考标号表示，并且将适当地省略其重复说明。此外，除非另有说明，否则在第一实施方式中已经说明的内容可以应用于第二实施方式。
<发明>
图8A和图8B是用于说明第二实施方式的概要的示图。例如，如图8A所示，将讨论从右侧到达收听者L的外部噪声N占主导的情况。音乐数据MS是3D音频内容。规定的音频对象位于收听者L右侧的规定位置VP1处。在这种情况下，由于音频对象的定位位置或声源方向与噪声到达方向相同，所以再现的声音的定位的清晰度和感觉可能劣化。为此，在本实施方式中，动态地改变声源方向。具体地，如在图8B中示意性描述的，音乐数据MS被定位的位置沿几乎没有噪声的方向被改变为位置VP2，从而改善再现声音的定位的清晰度和感觉。以下，对本实施方式的详情进行说明。
<耳机的配置示例>
(总体配置示例)
图9为描述根据第二实施方式的耳机(耳机1B)的配置示例的示图。耳机1B与根据第一实施方式的耳机1A的配置不同之处在于耳机1B包括连接至控制部35的分析部41。由麦克风LM收集的声音信号、由麦克风RM收集的声音信号以及音乐数据MS被供应至分析部41。分析部41分析从麦克风LM和RM提供的声音信号以及外部输入信号。
(分析部的配置示例)
图10是描述分析部41的配置示例的示图。分析部41包括例如噪声到达方向估计部401、最佳音频对象布置位置计算部402以及最佳NC滤波器计算部403。
对应于由麦克风LM和麦克风RM收集的外部噪声N的声音信号被输入到噪声到达方向估计部401。基于所输入的声音信号，噪声到达方向估计部401生成表示噪声的到达方向的噪声到达方向信息。具体地，噪声到达方向信息是表示多个方向上的各个噪声强度的索引。将噪声到达方向信息提供给最佳音频对象布置位置计算部402和最佳NC滤波器计算部403。
最佳音频对象布置位置计算部402根据噪声到达方向信息计算音频对象的最佳布置位置。最佳音频对象布置位置计算部402通过另外参考在与音频对象相对应的元信息中写入的信息来计算音频对象的最佳配置位置。稍后将详细说明参考信息的方式。
最佳NC滤波器计算部403根据噪声到达方向信息计算DNC滤波器11和21的最佳控制参数。之后，最佳NC滤波器计算部403将计算结果输出至控制部35。
(噪声到达方向估计部)
接着，说明噪声到达方向估计部401进行的处理的具体例。图11是用于说明要搜索的噪声到达方向的一个示例的示图。如图11所示，使用耳机1B相对于收听者L限定水平角θ和仰角
Figure BDA0004004326720000101
噪声到达方向估计部401在改变水平角θ和仰角
Figure BDA0004004326720000102
的同时针对三维中的各个方向计算噪声强度，并基于计算结果生成噪声到达方向信息。
图12是描述噪声到达方向估计部401的具体配置示例的示图。噪声到达方向估计部401包括用于三维方向的滤波器45(滤波器451-45N(N表示自然数))。例如，滤波器451将零灵敏度方向性定向成90度垂直角的方向。滤波器452将零灵敏度方向性定向到0度水平角和0度仰角的方向。滤波器453将零灵敏度方向性定向至在30度水平角和0度仰角的方向。由麦克风LM和麦克风RM收集的声音信号被输入到构成滤波器45的滤波器。
来自滤波器45的输出被提供给各个dB计算部46。dB计算部46各自计算所输入的声音信号的水平(dB)。由滤波器获得的计算结果被提供给平均值计算部47。平均值计算部47计算计算结果的平均值。此后，由加法器部48计算与平均值的差值，并且将计算结果用作在对应于规定滤波器的三维方向上的噪声强度。例如，来自滤波器451的输出被提供给dB计算部461。由dB计算部461获得的计算结果被提供给平均值计算部47和加法器部48。加法器部48计算dB计算部461的输出与平均值计算部47的输出之间的差。加法器部48的输出用作与滤波器451相对应的方向上的噪声强度指数，即，
Figure BDA0004004326720000111
度。以这种方式，获得与各个三维方向对应的噪声强度指数。
噪声到达方向估计部401基于所获得的噪声强度指数生成噪声到达方向信息。图13是描述噪声到达方向信息的一个示例的示图。如图13所示，在噪声到达方向信息中定义对应于规定水平角θ和规定仰角
Figure BDA0004004326720000112
的噪声级。
(最佳音频对象布置位置计算部)
如图14所示，最佳音频对象布置位置计算部402包括声源方向决定部402A和滤波器系数转换部402B。
声源方向决定部402A根据噪声到达方向信息确定音频对象将被定位的方向，即，声源方向。声源方向可由特定的三维位置限定，或者可由相对于收听者L的方向限定。声源方向决定部402A将所决定的声源方向提供给滤波器系数转换部402B。
滤波系数转换部402B通过对声源方向进行转换处理，将由声源方向决定部402A确定的声源方向转换为滤波系数。例如，滤波器系数转换部402B将对应于多个声源方向的滤波器系数保持在表中。滤波系数转换部402B从该表中读出与从声源方向决定部402A提供的声源方向对应的滤波系数。此后，滤波器系数转换部402B将所读取的滤波器系数提供给控制部35。控制部35将滤波器系数定义为数字滤波器31和32的控制参数。因此，在由最佳音频对象布置位置计算部402确定的声源方向上定位音频对象。
以下，说明由声源方向决定部402A进行的声源决定处理的例子。图15是用于说明由声源方向决定部402A进行的声源决定处理的第一实施方式的流程图。在第一示例(模式PT1)中，再现单个音频对象。与音频对象相对应的元信息包括音频对象的标识号、用于重放音频对象的推荐声源方向(推荐重放位置信息)以及指示是否允许声源方向从推荐重放位置信息改变的改变许可/禁止信息。
在步骤ST11中，声源方向决定部402A，根据元信息中包含的变化许可/禁止信息，决定是否允许声源方向的变化。如果判断结果为否，则处理进入步骤ST12。
在步骤ST12，由于不允许声源方向的改变，声源方向决定部402A将推荐声源方向输出到滤波器系数转换部402B。结果，在推荐声源方向上再现音频对象。然后，处理结束。
在步骤ST13的判断结果为是的情况下，处理进入步骤ST13。在步骤ST13，执行将规定的平滑滤波器卷积成噪声到达方向信息的计算。然后，过程进行至步骤ST14。
在步骤ST14，声源方向决定部402A根据平滑噪声到达方向信息输出噪声强度指数被最小化的方向(θ，
Figure BDA0004004326720000121
)。因此，在噪声强度指数被最小化的方向(θ，
Figure BDA0004004326720000122
)上再现音频对象。然后，处理结束。
要注意的是，可以省略在步骤ST13中用于对平滑滤波器进行卷积的计算。
图16是用于说明由声源方向决定部402A进行的声源决定处理的第二示例的流程图。在第二示例(模式PT2)中，再现相对位置已被限定的多个音频对象。
元信息包括用于识别音频对象组的标识号、关于参考音频对象(适当简称为参考对象)的推荐再现位置信息、改变许可/禁止信息、以及属于同一组的构成音频对象的列表。组成音频对象的列表包括用于标识各个组成音频对象(也称为组成对象)的标识号，以及组成音频对象的相对声源方向(相对于参考对象的再现位置的相对角度)。
在步骤ST21中，声源方向判断部402A基于包含在元信息中的改变许可/禁止信息，判断音频对象组是否允许声源方向的改变。在确定结果为否的情况下，处理进行至步骤ST22。
在步骤ST22，将参考对象的声源方向设置为由推荐再现位置信息表示的声源方向。然后，处理进行至步骤ST26。
在元信息中描述了组成对象的相对声源方向。当设定参考对象的声源方向时，还可以确定每个组成对象的声源方向。因此，在步骤ST26，声源方向决定部402A输出参考对象及所有构成对象的声源方向的列表。参考对象和构成对象沿由列表指示的各个声源方向再现。然后，处理结束。
在步骤ST21的确定结果为是的情况下，处理进行至步骤ST23。在步骤ST23，对噪声到达方向信息执行卷积计算。例如，图17A描述了噪声到达方向信息的一个示例。在组成对象相对于参考对象的相对声源方向(θ，
Figure BDA0004004326720000131
)是(120，0)的情况下，准备如图17B所示的平滑梳状滤波器。平滑梳状滤波器是仅在构成对象的相对声源对象的角度周围具有正值的二维滤波器。该二维滤波器循环卷积到噪声到达方向信息中。然后，处理进行至步骤ST24。
在步骤ST24，声源方向决定部402A在通过计算获得的噪声到达方向信息中将参考对象的声源方向设置为噪声强度指数被最小化的方向(θ，
Figure BDA0004004326720000132
)。然后，过程进行至步骤ST25。
由于参考对象的声源方向已被设定，在步骤ST25，每个组成对象的声源方向被设定为(参考对象的声源方向的角度+组成对象的相对角度)。然后，处理进行至步骤ST26。
在步骤ST26中，声源方向决定部402A输出参考对象及所有构成对象的声源方向的列表。参考对象和构成对象沿由列表指示的各个声源方向再现。然后，处理结束。
图18是用于说明由声源方向决定部402A进行的声源决定处理的第三示例的流程图。在第三示例(模式PT3)中，布置多个音频对象。
定义多个音频对象的顺序。顺序可以随机决定，或者可以基于每个音频对象的重要性。例如，作为人类语音的音频对象的重要性高，而作为BGM的音频对象的重要性低。可替代地，如果在元信息中描述了内容分类，则顺序可以基于内容分类。例如，音频对象可根据先前针对每一内容分类定义的优先级次序来排序。
在步骤ST31，声源方向决定部402A决定处理音频对象或音频对象组(下文中适当地简称为音频对象等)的顺序。然后，过程进行至步骤ST32。
在步骤ST32，开始关于音频对象等的处理循环。然后，过程进行至步骤ST33。
在步骤ST33，声源方向决定部402A按照对应于所决定的顺序的顺序，对音频对象等执行与上述模式PT1或PT2相关的处理。然后，过程进行至步骤ST34。
在步骤ST34，每当确定规定的音频对象的再现位置时，更新噪声到达方向信息。图19A示出未更新的噪声到达方向信息。图19B描绘了卷积成噪声到达方向信息的平滑滤波器的一个示例。例如，作为关于模式PT2的处理的结果，假定以大约70度的角度限定规定的音频对象的布置位置。获得与该角度对应的音频对象的平均水平(图19C)。将平均水平加到图19A中所示的噪声到达方向信息(图19D)。下一过程使用更新的噪声到达方向信息。因而，作为音频对象的重新排列的结果的噪声到达方向信息的改变可反映在关于模式中的任一者的过程上。然后，过程进行至步骤ST35。
在步骤ST35，确定是否没有剩下更多待处理的音频对象等。在不存在更多待处理的音频对象等的情况下，处理完成。
(最佳的NC滤波器计算部)
最佳NC滤波器计算部403通过使用噪声到达方向信息和元信息来选择用于消除噪声的最佳滤波器系数或选择要操作的DNC滤波器11。例如，最佳NC滤波器计算部403基于噪声到达方向信息计算待操作的DNC滤波器11或每个DNC滤波器11的噪声消除强度。然后，如图20所示，最佳NC滤波器计算部403基于计算结果生成最佳控制参数。控制部35为适当的DNC滤波器11设置由最优NC滤波器计算部403生成的控制参数。应注意，DNC滤波器11在图20中示出，但最佳NC滤波器计算部403对DNC滤波器21进行类似处理。
在收听者的耳朵中的残留噪声被定义为e(t)的情况下，耳内残留噪声可以由下面的表达式(1)表示(在表达式(1)中，l(t)表示先前测量的泄漏噪声，xm(t)表示到所有FFNC麦克风的输入，fm(t)表示DNC滤波器特性，并且d(t)表示耳机中的声学特性)。
[数学式.1]
Figure BDA0004004326720000151
最优NC滤波器计算部403可以以使得表达式(1)中的耳内残留噪声最小化的方式来计算DNC滤波器11和21的控制参数。
<第三实施方式>
接着，说明第三实施方式。应注意，在第三实施方式的说明中，与上述说明中相同或相似的部分由相同参考标号表示，并且将适当地省略其重复说明。此外，除非另有说明，否则已经在第一或第二实施方式中说明的内容可以应用于第三实施方式。
在第三实施方式中，大致地，在第一或者第二实施方式中的耳机中执行的处理的一部分在外部装置(例如，可与耳机通信的智能电话或者服务器装置)中执行。
<耳机的配置示例>
图21是描绘了根据第三实施方式的耳机(耳机1C)的配置示例的示图。耳机1C包括通信部51和诸如存储器的存储部52。此外，耳机1C仅包括分析部41的功能块的噪声到达方向估计部401。此外，耳机1C不包括数字滤波器31或32。然而，耳机1C包括执行数字滤波器31和32的功能的均衡功能的EQs53和EQ54。
通信部51包括天线、适合于通信系统的调制解调电路。假定执行无线通信，但是可以执行有线通信。例如，通过LAN(局域网)、蓝牙(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)或WUSB(无线USB)执行无线通信。作为通信部51执行的通信的结果，耳机1C和诸如智能电话的外部装置配对。
<智能电话的配置示例>
图22是描述作为外部设备的一个示例的智能电话81的配置示例的示图。智能电话81包括CPU(中央处理单元)82、DSP(数字信号处理器)83、第一通信部84、第二通信部85、(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86、对象滤波器控制电路87以及存储部88。DSP83包括数字滤波器83A和83B。
CPU 82通常控制智能电话81。例如，DSP 83的数字滤波器83A和83B执行将音频对象定位在预定位置的渲染处理。
第一通信部84与服务器设备71通信。作为该通信的结果，关于音频对象的数据从服务器设备71下载到智能电话81。
第二通信部85与耳机1C的通信部51通信。作为该通信的结果，将噪声到达方向信息从耳机1C提供至智能电话81。此外，将经历将在后面说明的处理的音频对象从智能电话81供应至耳机1C。
(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86具有上述最佳音频对象布置位置计算部402的功能和上述最佳NC滤波器计算部403的功能。
对象滤波器控制电路87对数字滤波器83A、83B设定用于实现由(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86计算出的音频对象的配置位置的滤波器系数。
存储部88存储各种类型的数据。例如，存储部88存储用于实现音频对象的布置位置的滤波器系数。存储部88是例如诸如HDD(硬盘驱动器)的磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备或磁光存储设备。
<在耳机与智能电话之间执行的处理>
接下来，在耳机1C与智能电话81之间执行的处理将被执行。首先，例如，在耳机1C与智能电话81之间执行短程无线通信，据此，耳机1C与智能电话81配对。
耳机1C生成噪声到达方向信息，如先前在第二实施方式中说明的。从耳机1C的通信部51向智能电话81的第二通信部85提供噪声到达方向信息。从第二通信部85将噪声到达方向信息提供至(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86。
通过与服务器设备71通信，智能电话81的第一通信部84从服务器设备71获取音频对象和与音频对象相对应的元信息。关于音频对象的数据被提供给DSP 83。将元信息提供至(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86。
(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86以与第二实施方式中类似的方式确定音频对象的配置位置(声源方向)。(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86将所确定的声源方向提供给对象滤波器控制电路87。目标滤波器控制电路87从存储部88读出用于实现声源方向的滤波器系数，并对数字滤波器83A和83B设定所读出的系数。
使用数字滤波器83A和83B对音频对象上的数据执行滤波处理。所得数据经由第二通信部85传输至耳机1C。此外，通过第二通信部85将由(最佳音频对象布置位置计算部和最佳NC滤波器计算部)86计算出的DNC滤波器11和21的最佳控制参数发送至耳机1C。
由耳机1C的通信部51接收的关于音频对象的数据在EQ 53经历均衡处理，然后，被提供给加法器部13。此外，由耳机1C的通信部51接收的关于音频对象的数据在EQ 54处经历均衡处理，然后被提供到加法器部23。
此外，由耳机1C的通信部51接收的用于DNC滤波器11和21的最优控制参数被提供给控制部35，并分别设置用于DNC滤波器11和21。其余过程类似于先前在第一实施方式或第二实施方式中说明的那些过程。
以目前为止说明的方式，根据第一实施方式或第二实施方式的耳机的一部分可由外部设备(例如，智能电话)实现。即，根据本公开内容的声学信号处理装置不限于耳机并且可以通过诸如智能电话的电子装置实现。应注意，可以适当地改变通过外部设备实现哪个功能。例如，在上述第三实施方式中，智能电话81可具有生成噪声到达方向信息的噪声到达方向估计部401的功能。
<变形例>
上面已经说明了根据本公开的一些实施方式。本公开不限于上述实施方式，并且可以基于本公开的技术构思进行各种修改。
耳机的上述部件的布置可在耳机中适当地改变。例如，在使用耳戴式耳机或颈带耳机的情况下，包括数字滤波器、控制部、分析部等的电路配置安装在左壳体或右壳体中，同时连接两个壳体的数据电缆形成为允许在没有电路配置的情况下向/从一侧发送/接收数据。此外，在颈带耳机中，电路可以上述方式安装在壳体中的一个中，或者包括数字滤波器、控制部、分析部等的电路配置可以设置在颈带部分中。同时，在所谓的左-右独立型耳机(例如，耳道型或开耳型)中，期望包括数字滤波器、控制部、分析部等的电路独立地安装在左侧和右侧中的每一侧上，其未被描述。
上述DNC滤波器、数字滤波器和EQ53可形成为包括在DSP中。此外，控制部和分析部可以包括在DSP或处理器的电路中。可替换地，控制部和分析部可以被配置为根据由DSP或处理器操作的计算机程序(软件)来操作。
在上述实施方式和变形例中描述的配置、方法、步骤、形状、材料和数值仅是示例。如果需要，可以使用任何其他配置、方法、步骤、形状、材料和数值来代替它们。上述实施方式和变形例中说明的结构、方法、步骤、形状、材料、以及数值可以替换为公知的结构、方法、步骤、形状、材料、以及数值。此外，只要不出现技术不一致，在上述实施方式和变形例中描述的配置、方法、步骤、形状、材料和数值就可以组合。
应注意，本公开的解释不应受本文描述的效果的限制。
本技术还可具有以下配置。
(1)
一种声学信号处理装置，包括：
噪声消除部，所述噪声消除部被设置用于多个麦克风中的每个麦克风并且根据从对应的麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号；以及
数字滤波器，处理外部输入信号。
(2)
根据(1)的声学信号处理装置，还包括：
控制部，其生成所述噪声消除部的控制参数；以及
分析部，分析从所述麦克风输入的声音信号。
(3)
根据(2)的声学信号处理装置，其中，
所述分析部具有噪声到达方向估计部，所述噪声到达方向估计部根据从所述麦克风输入的所述声音信号生成表示所述噪声的到达方向的噪声到达方向信息。
(4)
根据(3)所述的声学信号处理装置，其中噪声消除部还生成用于数字滤波器的控制参数，分析部进一步分析外部输入信号，外部输入信号包括音频对象和与音频对象对应的元信息，以及
所述最佳音频对象布置位置计算部具有最佳音频对象再现位置计算部，所述最佳音频对象再现位置计算部根据所述噪声到达方向信息计算所述音频对象的最佳再现位置。
(5)
根据(4)的声学信号处理装置，其中，
所述音频对象是单个音频对象，
所述元信息包括推荐再现位置信息和指示是否允许声源方向改变的改变许可/禁止信息，以及
在所述改变许可/禁止信息指示允许所述改变的情况下，执行在所述最佳再现位置处再现所述音频对象的处理，并且在所述改变许可/禁止信息指示不允许所述改变的情况下，执行在所述推荐再现位置处再现所述音频对象的处理。
(6)
根据(4)所述的声学信号处理装置，其中
所述音频对象包括多个定义了其相对再现位置的音频对象，以及
根据噪声到达方向信息，分析部计算最佳再现位置，使得关于多个音频对象的噪声强度指数最小。
(7)
根据(4)所述的声学信号处理装置，其中
音频对象包括多个定义了顺序的音频对象，
在所述改变许可/禁止信息指示允许所述改变的情况下，执行在所述最佳再现位置处再现所述音频对象的处理，并且在所述改变许可/禁止信息指示不允许所述改变的情况下，执行在所述推荐再现位置处再现所述音频对象的处理，并且
根据与定义的顺序对应的顺序执行该处理，并且每当执行该处理时更新噪声到达方向信息。
(8)
根据(7)的声学信号处理装置，其中，
顺序是随机决定的，基于优先级，或基于内容分类。
(9)
根据(3)至(8)中任一项所述的声学信号处理装置，其中
分析部根据噪声到达方向信息生成噪声消除部的最佳控制参数。
(10)
根据(4)至(8)中任一项所述的声学信号处理装置，其中
所述数字滤波器执行在规定位置处定位所述音频对象的过程。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的声学信号处理装置，其还包括：
所述多个麦克风。
(12)
根据(11)的声学信号处理装置，其中，
所述多个麦克风包括前馈麦克风和反馈麦克风。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的声学信号处理装置，其中
所述外部输入信号包括无线或有线提供的音频数据。
(14)
根据(1)至(13)中任一项所述的声学信号处理装置，所述声学信号处理装置形成为耳机装置。
(15)
一种声学信号处理方法，包括：
通过为每个麦克风设置的噪声消除部生成用于消除根据从多个麦克风中的对应麦克风输入的声音信号的噪声的信号；以及
通过数字滤波器处理外部输入信号。
(16)
一种用于使计算机执行声学信号处理方法的程序，所述声学信号处理方法包括：
通过为每个麦克风设置的噪声消除部生成用于消除根据从多个麦克风中的对应麦克风输入的声音信号的噪声的信号；以及
通过数字滤波器处理外部输入信号。
[参考标号列表]
1A、1B、1C耳机
11、12、21、22DNC滤波器
31、32 数字滤波器
35 控制部
41 分析部
401 噪声到达方向估计部
402最佳音频对象布置位置计算部
403最佳NC滤波器计算部
LM、RM麦克风

Claims (16)

1.一种声学信号处理装置，包括：
噪声消除部，被设置用于多个麦克风中的每个麦克风并根据从对应麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号；以及
数字滤波器，处理外部输入信号。
2.根据权利要求1所述的声学信号处理装置，还包括：
控制部，生成用于所述噪声消除部的控制参数；以及
分析部，分析从所述麦克风输入的声音信号。
3.根据权利要求2所述的声学信号处理装置，其中，
所述分析部具有噪声到达方向估计部，所述噪声到达方向估计部根据从所述麦克风输入的声音信号生成指示所述噪声的到达方向的噪声到达方向信息。
4.根据权利要求3所述的声学信号处理装置，其中，
所述噪声消除部进一步生成用于所述数字滤波器的控制参数，所述分析部进一步分析外部输入信号，并且所述外部输入信号包括音频对象和与所述音频对象相对应的元信息，并且
最佳音频对象布置位置计算部具有最佳音频对象再现位置计算部，所述最佳音频对象再现位置计算部根据所述噪声到达方向信息计算所述音频对象的最佳再现位置。
5.根据权利要求4所述的声学信号处理装置，其中，
所述音频对象是单个音频对象，
所述元信息包括所推荐的再现位置信息和指示是否允许声源方向的改变的改变许可/禁止信息，并且
在所述改变许可/禁止信息指示允许改变的情况下，执行在所述最佳再现位置处再现所述音频对象的处理，并且在所述改变许可/禁止信息指示不允许改变的情况下，执行在所推荐的再现位置处再现所述音频对象的处理。
6.根据权利要求4所述的声学信号处理装置，其中，
所述音频对象包括定义所述音频对象的相对再现位置的多个音频对象，并且
根据所述噪声到达方向信息，所述分析部计算所述最佳再现位置，使得针对所述多个音频对象的噪声强度指数被最小化。
7.根据权利要求4所述的声学信号处理装置，其中，
所述音频对象包括定义所述音频对象的顺序的多个音频对象，
在改变许可/禁止信息指示允许改变的情况下，执行在所述最佳再现位置处再现所述音频对象的处理，并且在所述改变许可/禁止信息指示不允许改变的情况下，执行在所推荐的再现位置处再现所述音频对象的处理，并且
根据与所定义的顺序相对应的顺序执行处理，并且每当执行处理时更新所述噪声到达方向信息。
8.根据权利要求7所述的声学信号处理装置，其中，
顺序是随机决定的、是基于优先级的、或是基于内容分类的。
9.根据权利要求3所述的声学信号处理装置，其中，
所述分析部根据所述噪声到达方向信息生成用于所述噪声消除部的最佳控制参数。
10.根据权利要求4所述的声学信号处理装置，其中，
所述数字滤波器执行在规定位置处定位所述音频对象的处理。
11.根据权利要求1所述的声学信号处理装置，还包括：
所述多个麦克风。
12.根据权利要求11所述的声学信号处理装置，其中，
所述多个麦克风包括前馈麦克风和反馈麦克风。
13.根据权利要求1所述的声学信号处理装置，其中，
所述外部输入信号包括无线或有线提供的音频数据。
14.根据权利要求1所述的声学信号处理装置，所述声学信号处理装置形成为耳机装置。
15.一种声学信号处理方法，包括：
通过噪声消除部根据从多个麦克风中的对应一个麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号，所述噪声消除部被设置用于每个麦克风；以及
通过数字滤波器处理外部输入信号。
16.一种用于使计算机执行声学信号处理方法的程序，包括：
通过噪声消除部根据从多个麦克风中的对应一个麦克风输入的声音信号生成用于消除噪声的信号，所述噪声消除部被设置用于每个麦克风；以及
通过数字滤波器处理外部输入信号。
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